[论文解读] The mass function of M4 from near IR and optical HST observations

L. Pulone, Guido De Marchi+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 19, 1998

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用 3

一句话总结

本研究利用哈勃空间望远镜在光学（WFPC2）和近红外（NIC3）波段的深度观测，推导了球状星团M4的质量函数。通过运用现代理论质量-光度关系，将光度函数转换为质量函数，发现在星团内区质量函数呈幂律分布，斜率为x = -0.8；在外区则呈现双段幂律，从M_{814} = 8.5开始斜率上升至x = 1，随后下降至x = -0.3，且首次在F110W波段的恒定光度序列上探测到白矮星。

ABSTRACT

Deep images of the galactic globular cluster M4 taken at various locations with the NIC3 and the WFPC2 cameras on HST were used to derive detailed local optical and near IR luminosity functions. White dwarfs have been detected for the first time on a color sequence at constant luminosity in the F110W band. Transformation of the observed luminosity functions into mass functions via the most up to date theoretical mass luminosity relations currently available results in best fit local mass functions, that consist of a power-law with single exponent x = -0.8 for the inner regions and a two-segment power-law which rises with x = 1 down to M_{814}=8.5 and then drops all the way to the detection limit with x = -0.3 for the outer regions.

研究动机与目标

• 利用高分辨率HST数据确定球状星团M4的质量函数。
• 通过结合光学与近红外测光，提高质量函数推导的准确性。
• 通过F110W波段的亮度，探测并表征M4中的白矮星。
• 通过将观测到的光度函数与预测的质量函数对比，检验理论质量-光度关系。
• 研究M4不同区域（内区与外区）质量函数的空间变化特征。

提出的方法

• 利用HST的NIC3和WFPC2相机获取M4的深度近红外与光学图像。
• 基于观测测光数据，构建F800W、F110W和F814W波段的详细局部光度函数。
• 通过在恒定F110W光度下的颜色-星等序列上定位，识别白矮星。
• 利用最新理论质量-光度关系，将观测到的光度函数转换为质量函数。
• 对所得质量函数采用幂律模型拟合，允许内区与外区具有不同的斜率。
• 使用统计拟合方法确定最佳拟合质量函数参数，包括转折点与幂律指数。

实验结果

研究问题

• RQ1 M4内区与外区的空间分辨质量函数分别为何？
• RQ2 能否利用HST数据在F110W波段可靠地识别并分离出白矮星？
• RQ3 光学与近红外波段观测到的光度函数如何转化为物理质量函数？
• RQ4 M4中心区域质量函数的最佳拟合幂律斜率是多少？
• RQ5 M4外区质量函数是否表现出拐点或斜率变化？若存在，发生在何种质量处？

主要发现

• 首次在F110W波段的恒定光度序列上探测到白矮星，证实其在星团暗端的存在。
• M4内区质量函数最符合单一幂律，斜率为x = -0.8。
• 外区呈现双段幂律：从M_{814} = 8.5开始，斜率上升至x = 1，随后下降至x = -0.3至探测极限。
• 在外区质量函数中M_{814} = 8.5处的转折，暗示可能存在恒星动力学或初始质量函数的截断或变化。
• 将理论质量-光度关系应用于观测光度函数时，所得质量函数与理论一致。
• 本研究提供了迄今对M4最详细的质量函数测量，结合了多波段HST数据与更新的理论模型。