[论文解读] The primordial binary population II: Recovering the binary population for intermediate mass stars in Sco OB2

M. B. N. Kouwenhoven, A. G. A. Brown+2 more|ArXiv.org|Jul 18, 2007

Scientific Research and Discoveries参考文献 3被引用 125

一句话总结

本研究通过建模视觉、光谱和天体测量调查中的观测偏差，恢复了邻近蛇夫座-半人马座OB2星协中中等质量恒星的原初双星种群。结果表明，双星分数超过70%，质量比分布为 f_q(q) ∝ q^−0.4，半长轴分布为 f_a(a) ∝ a^−1.0（Öpik定律），表明多重性在中等质量恒星形成过程中具有根本性作用。

ABSTRACT

We characterize the binary population in the young and nearby OB association Scorpius OB2 using available observations of visual, spectroscopic, and astrometric binaries with intermediate-mass primaries. We take into account observational biases by comparing the observations with simulated observations of model associations. The available data indicate a large binary fraction (> 70% with 3sigma confidence), with a large probability that all intermediate mass stars in Sco OB2 are part of a binary system. The binary systems have a mass ratio distribution of the form f(q) ~ q^-0.4. Sco OB2 has a semi-major axis distribution of the form f(log a) ~ constant (Opik's law), in the range 5-5e6 Rsun. The log-normal period distribution of Duquennoy & Mayor results in too few spectroscopic binaries, even if the model binary fraction is 100%. Sco OB2 is a young association with a low stellar density; its current population is expected to be very similar to the primordial population. The fact that practically all stars in Sco OB2 are part of a binary (or multiple) system demonstrates that multiplicity is a fundamental factor in the star formation process, at least for intermediate mass stars.

研究动机与目标

• 通过考虑观测选择效应，恢复Sco OB2中中等质量恒星的真实原初双星种群。
• 通过将观测到的双星与模拟观测进行比较，确定双星参数（质量比、半长轴和周期）的内在分布。
• 评估Sco OB2当前双星种群是否能代表原初种群，鉴于其年轻年龄和低恒星密度。
• 通过分析一个研究充分、邻近的OB星协中双星的统计特性，评估多重性在恒星形成中的作用。
• 通过在现有高保真数据集上验证方法，为未来基于Gaia数据的研究奠定基础。

提出的方法

• 使用与六项主要Sco OB2双星调查相同的选取函数，模拟合成双星种群的观测。
• 通过将模拟检测率与实际观测到的双星数量在视觉、光谱和天体测量类别中进行比较，实施偏差校正。
• 采用基于似然的方法推断潜在双星种群参数，包括质量比分布 f_q(q) ∝ q^γ_q 和半长轴分布 f_a(a) ∝ a^γ_a。
• 采用参数化模型对周期分布进行建模，检验Duquennoy & Mayor（1991）的对数正态形式是否与观测到的光谱双星数量一致。
• 假设双星参数相互独立，并以视觉双星为主要约束条件，同时利用光谱和天体测量数据进行一致性检验。
• 通过比较模拟双星数量与不同分离度和周期范围内的观测数量，验证结果，调整模型参数以最小化差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 在纠正观测偏差后，Sco OB2中等质量恒星的真实双星分数是多少？
• RQ2 Sco OB2双星种群中质量比和半长轴的内在分布是什么？
• RQ3 观测到的对数正态周期分布（Duquennoy & Mayor）是否能准确再现Sco OB2中检测到的光谱双星数量？
• RQ4 鉴于其年轻年龄和低密度，Sco OB2当前双星种群在多大程度上反映了原初双星种群？
• RQ5 视觉、光谱和天体测量调查中的选择效应在多大程度上影响了对双星种群特性的推断？

主要发现

• 在99.7%的置信水平下，Sco OB2中等质量恒星的双星分数超过70%，且所有此类恒星均处于双星或多星系统的可能性极高。
• 质量比分布符合 f_q(q) ∝ q^−0.4，表明更偏好等质量及中等质量双星。
• 半长轴分布符合 f_a(a) ∝ a^−1.0（Öpik定律），适用范围为 5 R⊙ ≤ a ≤ 5×10⁶ R⊙。
• 即使假设双星分数为100%，Duquennoy & Mayor（1991）的对数正态周期分布仍会低估光谱双星的数量。
• 由于该星协的年轻年龄（5–20 Myr）和低恒星密度（<0.1 M⊙ pc⁻³），当前双星种群与原初种群一致。
• 结果表明，多重性是恒星形成过程的根本结果，尤其对中等质量恒星而言。