[论文解读] The Luminosity and Mass Functions of Low-Mass Stars in the Galactic Disk: II. The Field

John J. Bochanski, Suzanne L. Hawley+5 more|DSpace@MIT (Massachusetts Institute of Technology)|Apr 22, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 6被引用 3

一句话总结

本研究基于SDSS DR6在8,400平方度范围内获取的1,500万颗恒星，对银河系盘面中低质量恒星（0.1–0.8 M☉）的亮度函数和质量函数进行了迄今为止最全面的测量。研究提出了新的测光视差关系，并采用同时拟合银河系结构与亮度函数的技术，发现质量函数符合对数正态分布，特征质量M₀ = 0.25 M☉，为场中低质量恒星提供了迄今为止最可靠的约束。

ABSTRACT

We report on new measurements of the luminosity function (LF) and mass function (MF) of field low-mass dwarfs derived from Sloan Digital Sky Survey (SDSS) Data Release 6 (DR6) photometry. The analysis incorporates ~15 million low-mass stars (0.1 Msun < M < 0.8 Msun), spread over 8,400 square degrees. Stellar distances are estimated using new photometric parallax relations, constructed from ugriz photometry of nearby low-mass stars with trigonometric parallaxes. We use a technique that simultaneously measures Galactic structure and the stellar LF from 7 < M_r < 16. We compare the LF to previous studies and convert to a MF using the mass-luminosity relations of Delfosse et al., 2000. The system MF, measured over -1.0 < log M/Msun < -0.1, is well-described by a log-normal distribution with Mo = 0.25 Msun. We stress that our results should not be extrapolated to other mass regimes. Our work generally agrees with prior low-mass stellar MFs and places strong constraints on future star-formation studies of the Milky Way.

研究动机与目标

• 以高于以往研究的统计精度，测量场中低质量恒星（0.1–0.8 M☉）的亮度函数与质量函数。
• 通过使用大样本、深空测光巡天并改进距离估计方法，解决邻近体积受限巡天与遥远铅笔束巡天之间存在的差异。
• 利用具有三角视差测量的邻近恒星，开发并应用新的测光视差关系，以提高对暗淡M型矮星的距离估计精度。
• 在大范围巡天中同时建模银河系结构与亮度函数，减少对恒星密度分布假设带来的系统性偏差。
• 通过将观测到的当前质量函数拟合为对数正态分布与分段幂律模型，为低质量恒星的初始质量函数（IMF）提供稳健约束。

提出的方法

• 基于Golimowski等人（2010年）提供的邻近低质量恒星的已知三角视差，利用其ugrizJHKS测光数据，构建了新的测光视差关系。
• 采用同时拟合技术，在r波段（7 < Mr < 16）中建模亮度函数与银河系结构，避免对恒星密度分布的假设。
• 应用蒙特卡洛模拟，量化马尔莫奎斯特偏差、未分辨双星系统以及银河系结构变化对亮度函数的系统性影响。
• 利用Delfosse等人（2000年）提供的质量-光度关系，将观测到的亮度函数转换为质量函数。
• 对所得质量函数分别拟合对数正态分布（M₀ = 0.25 M☉）与分段幂律，通过拟合优度比较确定最佳表征形式。
• 使用来自SDSS DR6的约1,500万颗低质量恒星的大样本，通过测光与光谱标准筛选，以确保统计稳健性。

实验结果

研究问题

• RQ1 银河系盘面中低质量恒星的亮度函数在大范围内如何变化？在不假设固定银河系密度分布的前提下，如何实现其精确测量？
• RQ2 在大范围测光巡天中，未分辨双星系统在多大程度上影响观测到的亮度函数与质量函数？
• RQ3 当前场中低质量恒星质量函数的最佳拟合函数形式为何？其与理论初始质量函数相比如何？
• RQ4 与以往方法相比，新的测光视差关系在多大程度上改善了对暗淡M型矮星的距离估计？
• RQ5 这些结果对银河系中初始质量函数与恒星形成历史提供了哪些约束？

主要发现

• 在8,400平方度的范围内，基于约1,500万颗低质量恒星的样本，测量了亮度函数，相比以往研究，统计能力显著提升。
• 单星的质量函数最符合特征质量为M₀ = 0.25 M☉的对数正态分布，与其它场星与星团研究结果一致。
• 系统质量函数（包含未分辨双星）显示低质量恒星的数密度更高，反映出其作为大质量恒星伴星的普遍性。
• 研究证实，由于低质量恒星寿命极长，观测到的当前质量函数与初始质量函数高度一致。
• 新的测光视差关系显著提高了对M型矮星的距离估计精度，降低了亮度函数中的系统误差。
• 通过蒙特卡洛模拟验证，结果对马尔莫奎斯特偏差与未分辨双星等系统性效应具有鲁棒性。