[论文解读] The Origin and Evolution of Multiple Star Systems

Stella S. R. Offner, Maxwell Moe+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 18, 2022

Astrophysics and Star Formation Studies被引用 102

一句话总结

本综述综合了从原始星到主序星的恒星多重性观测与理论研究，阐述多重性如何随质量、环境和演化变化，并讨论对圆盘以及行星形成的影响。

ABSTRACT

Observational advances over the last decade have enabled high-resolution, interferometric studies of forming multiple systems, statistical surveys of multiplicity in star-forming regions, and new insights into disk evolution and planetary architectures in these systems. In this review, we compile the results of observational and theoretical studies of stellar multiplicity. We summarize the population statistics spanning system evolution from the protostellar phase through the main-sequence phase and evaluate the influence of the local environment. In short, most stars are born in multiple stellar systems, most main sequence stars are members of multiple systems, but most star systems are single. We describe current models for the origin of stellar multiplicity and review the landscape of numerical simulations and assess their consistency with observations. We review the properties of disks and discuss the impact of multiplicity on planet formation and system architectures. Finally, we summarize open questions and discuss the technical requirements for future observational and theoretical progress.

研究动机与目标

• 总结从原始星到主序星在演化阶段的恒星多重性群体统计。
• 评述恒星多重性起源的理论模型，并评估其与观测结果的一致性。
• 讨论多重性如何影响圆盘、行星形成和系统结构。
• 指出尚待解决的问题并概述未来观测与理论进展的需求。

提出的方法

• 汇编并比较覆盖不同恒星质量与环境的多重性统计数据。
• 定义并计算多重性指标，如Multiplicity fraction、triple/high-order fraction，以及在分离尺度上的compan ion frequency。
• 对体积及亮度限定样本的观测统计进行偏差修正，以实现跨群体对比的稳健性。
• 将结果与形成的理论模型综合，以评估与观测趋势的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 从 brown dwarfs 到 OB 星，初级质量如何影响多重性分数及高阶多重性的依赖关系？
• RQ2 在不同质量范围内，双星的特征分离和质量比分布是什么，这些分布如何为形成情景提供信息？
• RQ3 环境因素和演化阶段如何影响多重性统计量以及多重系统中的圆盘演化？
• RQ4 现有形成理论在再现近距离对比广义双星以及内轨与外轨趋势方面在多大程度上成立？
• RQ5 多重性对行星形成和行星系统结构有哪些影响？

主要发现

• 从棕矮星到 OB 星，主星质量越大，多重性分数越高。
• 三重/高阶分数随主星质量显著上升，从晚M型矮星的只有几百分比到 O 星的大约 70%。
• 近距离双星在质量比和分离分布上呈现不同于宽距离双星的趋势，表明存在多种形成渠道。
• 棕矮星和晚-M binaries 偏好相等 masses，而太阳型及更高质量双星显示更为多样的质量比分布。
• 相对于场星或逃逸星群，O 星中有相当大比例处于三重或高阶系统，特别是在星团中。