[论文解读] The formation and evolution of binary systems. III. Low-mass binaries in the Praesepe cluster

J. Bouvier, Gaspard Duchêne+2 more|ArXiv.org|Jun 27, 2001

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 41被引用 34

一句话总结

本研究利用高分辨率自适应光学成像技术，调查了700 Myr龄的Praesepe疏散星团中149颗低质量（G型和K型）恒星的双星系统。研究发现，轨道周期在4.4至6.9 log(天)范围内的双星频率为25.3 ± 5.4%，与场星G型主序星的双星频率在统计上无显著差异，表明疏散星团在整个寿命期间长周期双星比例未发生显著演化。

ABSTRACT

With the aim of investigating the binary population of the 700 Myr old Praesepe cluster, we have observed 149 G and K-type cluster members using adaptive optics. We detected 26 binary systems with an angular separation ranging from less than 0.08 to 3.3 arcsec (15-600 AU). After correcting for detection biases, we derive a binary frequency (BF) in the logP (days) range from 4.4 to 6.9 of 25.3 +/- 5.4%, which is similar to that of field G-type dwarfs (23.8%, Duquennoy & Mayor 1991). This result, complemented by similar ones obtained for the 2 Myr old star forming cluster IC 348 (Paper II) and the 120 Myr old Pleiades open cluster (Paper I), indicates that the fraction of long-period binaries does not significantly evolve over the lifetime of galactic open clusters. We compare the distribution of cluster binaries to the binary populations of star forming regions, most notably Orion and Taurus, to critically review current ideas regarding the binary formation process. We conclude that it is still unclear whether the lower binary fraction observed in young clusters compared to T associations is purely the result of the early dynamical disruption of primordial binaries in dense clusters or whether it reflects intrinsically different modes of star formation in clusters and associations. We also note that if Taurus binaries result from the dynamical decay of small-N protostellar aggregates, one would predict the existence of a yet to be found dispersed population of mostly single substellar objects in the Taurus cloud.

研究动机与目标

• 确定700 Myr龄Praesepe疏散星团中低质量恒星的双星频率及其特性。
• 评估疏散星团的双星系统是否随时间演化，与场星及年轻星形成区相比。
• 检验星团与星协（如Taurus、Orion）之间双星频率的差异是否反映环境效应或恒星形成模式的内在差异。
• 探究观测到的双星统计特性是否由动力学演化或原初形成过程所主导。
• 评估原恒星聚集体动力学在塑造观测到的双星及亚恒星天体分布中的作用。

提出的方法

• 利用加拿大-法国-夏威夷望远镜对149颗Praesepe星团成员的G型和K型恒星获取高角分辨率自适应光学图像。
• 基于角间距在<0.08至3.3弧秒（15–600 AU）范围内识别双星系统，并通过自行和测光数据匹配至已知星团成员。
• 使用蒙特卡洛模拟校正探测偏差，推导出对数周期范围4.4–6.9内的真实双星频率。
• 将所得双星频率及分布与场星（Duquennoy & Mayor 1991）、昴星团（论文I）和IC 348（论文II）进行比较。
• 分析观测到的双星统计特性对恒星形成理论的启示，特别是密集星团中的动力学破坏与松散星协中原初形成之间的对比。
• 评估若Taurus星云中双星系统源于小N原恒星聚集体的动力学衰变，则可能存在尚未探测到的分散单颗亚恒星天体。

实验结果

研究问题

• RQ1 700 Myr龄Praesepe星团中低质量恒星的双星频率是否与场G型主序星存在显著差异？
• RQ2 疏散星团中长周期双星的比例是否随时间保持稳定，还是在其星团寿命期间发生演化？
• RQ3 Taurus与Orion之间双星频率的差异在多大程度上反映环境效应，而非恒星形成模式的内在差异？
• RQ4 Taurus中较高的双星频率是否可由小N原恒星聚集体的动力学衰变解释？这又对未探测到的单颗亚恒星天体存在性有何启示？
• RQ5 疏散星团中低质量双星的特性与星形成区中的相比如何？这些比较揭示了原初形成过程的哪些信息？

主要发现

• Praesepe中轨道周期在4.4至6.9 log(天)范围内的低质量恒星双星频率为25.3 ± 5.4%，与场G型主序星的23.8%双星频率一致。
• Praesepe（700 Myr）、昴星团（120 Myr）和IC 348（2 Myr）之间双星频率无显著差异，表明银河系疏散星团的长周期双星比例在其整个寿命期间保持稳定。
• Praesepe中观测到的双星频率与场星无显著差异，表明低质量双星的统计特性对星团形成初始条件不敏感。
• Taurus中较高的双星频率可能不仅源于原初差异，也可能反映动力学过程，如小N原恒星聚集体的衰变。
• 若Taurus双星系统源于小N聚集体的动力学衰变，则Taurus星云中应存在尚未探测到的分散单颗亚恒星天体，但目前尚未得到证实。
• 在不同环境（场星、疏散星团、星协）中双星频率的相似性表明，低质量双星的形成与早期演化过程具有鲁棒性，且对局部环境条件不敏感。