[论文解读] The Formation of Brown Dwarfs: Observations

K. L. Luhman, V. Joergens+4 more|arXiv (Cornell University)|Aug 25, 2006

Astro and Planetary Science被引用 6

一句话总结

本文综述了棕矮星形成的观测证据，得出结论：棕矮星与恒星通过云团碎裂共享同一种形成机制。主要发现包括：观测到大间距双棕矮星和孤立的原棕矮星，表明未受扰动的云团坍缩可产生亚恒星天体，而额外过程如抛射或光致蒸发并非其形成所必需。

ABSTRACT

We review the current state of observational work on the formation of brown dwarfs, focusing on their initial mass function, velocity and spatial distributions at birth, multiplicity, accretion, and circumstellar disks. The available measurements of these various properties are consistent with a common formation mechanism for brown dwarfs and stars. In particular, the existence of widely separated binary brown dwarfs and a probable isolated proto-brown dwarf indicate that some substellar objects are able to form in the same manner as stars through unperturbed cloud fragmentation. Additional mechanisms such as ejection and photoevaporation may play a role in the birth of some brown dwarfs, but there is no observational evidence to date to suggest that they are the key elements that make it possible for substellar bodies to form.

研究动机与目标

• 评估棕矮星在多个年轻恒星环境中的形成机制的观测约束。
• 确定棕矮星是否通过与恒星相同的机制形成，或是否需要通过动力抛射或光致蒸发等不同机制形成。
• 评估原恒星盘、吸积过程以及多星系统在棕矮星形成中的作用。
• 比较棕矮星与低质量恒星在初始质量函数、空间分布及盘特性方面的异同。
• 检验棕矮星的观测特性是否与标准恒星形成过程一致，或是否需要替代形成路径。

提出的方法

• 利用光谱和红外光度函数技术，分析年轻星形成区（如猎户座Taurus、IC 348、蝘蜓座Chamaeleon I、马蹄星云Trapezium）的初始质量函数（IMFs）。
• 利用演化模型（Baraffe et al. 1998；Chabrier et al. 2000）通过光谱类型和光度估算质量。
• 利用斯皮兹勒（Spitzer）测光数据对原恒星盘进行光谱能量分布（SED）建模，推断盘结构，包括内空洞和尘粒增长。
• 通过Hα等效宽度和红外超量测量吸积率，评估质量吸积历史。
• 通过深度成像和测光监测识别并表征双棕矮星和孤立原棕矮星。
• 在多个区域比较棕矮星与低质量恒星的盘分数、多星系统及速度分布。

实验结果

研究问题

• RQ1 棕矮星是否通过与恒星相同的机制形成，还是需要通过抛射或光致蒸发等不同机制？
• RQ2 年轻星形成区中棕矮星的初始质量函数如何？与恒星的初始质量函数相比有何异同？
• RQ3 棕矮星周围的原恒星盘在结构和演化上是否与低质量恒星的盘相似？
• RQ4 多星系统及其双星间距在约束棕矮星形成机制中起什么作用？
• RQ5 棕矮星是否表现出类似恒星原恒星盘中观测到的内盘空洞等行星形成迹象？

主要发现

• 在年轻星团中，棕矮星的初始质量函数显示，在20–80 M_Jup质量范围内，恒星数量比棕矮星多5–8倍，与场星星族的比例一致。
• 观测到大间距双棕矮星和一个可能孤立的原棕矮星，表明未受扰动的云团碎裂可形成棕矮星。
• 棕矮星的吸积率随质量连续减小，满足Ṁ ∝ M²关系，表明从恒星到棕矮星的平滑过渡。
• 已探测到质量低至∼10 M_Jup的棕矮星周围原恒星盘，其盘分数和寿命与低质量恒星相当。
• 部分棕矮星盘表现出内空洞（0.5–1 AU），表明尘粒增长和潜在的行星形成，与大质量T Tauri星的盘特征相似。
• 棕矮星的观测特性——包括多星系统、速度分布、盘结构和吸积——支持其与恒星共享同一种形成机制，无需将抛射或光致蒸发作为主要形成驱动力。