[论文解读] The Initial Mass Function of Low-Mass Stars and Brown Dwarfs in Taurus

K. L. Luhman|CERN Bulletin|Jul 5, 2000

Astrophysics and Star Formation Studies被引用 47

一句话总结

本研究利用深度光学与红外测光结合光谱学，测量了猎户座星云形成区中低质量恒星与棕矮星的初始质量函数（IMF），结果显示在1 M☉以上IMF更陡峭，且棕矮星数量显著不足（预期12.8 ± 1.8颗，实际观测到1颗），与猎户座星云星团相比，表明IMF具有环境依赖性。

ABSTRACT

By combining deep optical imaging and infrared spectroscopy with data from the Two-Micron All-Sky Survey (2MASS) and from previous studies (e.g., Briceno et al.), I have measured the Initial Mass Function (IMF) for a reddening-limited sample in four fields in the Taurus star forming region. This IMF is representative of the young populations within these fields for masses above 0.02 Msun. Relative to the similarly derived IMF for the Trapezium Cluster (Luhman et al.), the IMF for Taurus exhibits a modest deficit of stars above one solar mass (i.e., steeper slope), the same turnover mass (~0.8 Msun), and a significant deficit of brown dwarfs. If the IMF in Taurus were the same as that in the Trapezium, 12.8+/-1.8 brown dwarfs (>0.02 Msun) are expected in these Taurus fields where only one brown dwarf candidate is found. These results are used to test theories of the IMF.

研究动机与目标

• 确定猎户座星云形成区中质量≥0.02 M☉的低质量恒星与棕矮星的初始质量函数（IMF）。
• 将猎户座星云的IMF与更密集的星云形成星团（如猎户座星云星团）的IMF进行比较，以检验IMF是否具有环境依赖性。
• 利用多波段数据量化在低密度、高消光区域中棕矮星探测的完整性和可靠性。
• 评估猎户座星云的IMF是否可由对数正态函数描述，或与星团IMF存在显著差异。
• 通过识别不同恒星密度环境下的IMF变化，约束恒星形成理论。

提出的方法

• 结合先前调查（BHSM）的深度I与z′-波段光学成像数据与2MASS红外测光数据，识别四个猎户座星云区域中的低质量候选体。
• 利用光谱学通过锂吸收、Hα发射线及主序前星特征等特征，确认候选体的成员身份与年轻状态。
• 定义消光限制样本，以确保质量完整性可达到0.02 M☉，最大限度减少选择偏差。
• 采用Luhman等人（2000）提出的统计技术计算IMF，同时考虑样本的完整性和污染情况。
• 以0.1–1 M☉质量区间为基准，将猎户座星云的IMF归一化至猎户座星云星团的IMF，以估算预期的棕矮星数量。
• 应用统计检验评估猎户座星云与猎户座星云星团之间IMF形状及棕矮星频率差异的显著性。

实验结果

研究问题

• RQ1 猎户座星云中低质量恒星与棕矮星的初始质量函数（IMF）是否与猎户座星云等更密集的星云形成星团存在差异？
• RQ2 猎户座星云IMF的拐点质量是否与猎户座星云一致？这一结果对IMF普遍性意味着什么？
• RQ3 与猎户座星云相比，猎户座星云中棕矮星是否明显匮乏？这一匮乏是否具有统计显著性？
• RQ4 观测到的猎户座星云IMF是否可由对数正态函数描述？还是需要采用其他函数形式？
• RQ5 湍流或恒星密度等环境因素，是否可解释孤立区域与密集星团之间IMF差异？

主要发现

• 猎户座星云的IMF在1 M☉以上表现出更陡峭的斜率，表明高质星相对匮乏。
• 猎户座星云IMF的拐点质量约为0.8 M☉，与猎户座星云及其他年轻星团一致。
• 猎户座星云中存在显著的棕矮星匮乏：基于猎户座星云IMF，预期有12.8 ± 1.8颗棕矮星（M > 0.02 M☉），但仅观测到1颗。
• 观测到的猎户座星云IMF无法用对数正态函数描述，而与球状星团的IMF不同。
• 猎户座星云的IMF最适于描述为猎户座星云IMF的陡化版本，其在低于0.1 M☉处被抑制，而在高于1 M☉处趋于平坦。
• 结果表明，湍流或恒星密度等环境条件可能影响IMF的形状，挑战了IMF普遍性的理论假设。