[论文解读] The young, tight and low mass binary TWA22AB: a new calibrator for evolutionary models ? Orbit, spectral types and temperatures determination

M. Bonnefoy, G. Chauvin+8 more|arXiv (Cornell University)|Jun 9, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 48被引用 24

一句话总结

本研究利用欧洲南方天文台甚大望远镜上的NACO和SINFONI仪器，首次对年轻的、紧密的、低质量双星TWA22AB进行了解析成像与光谱分析。研究测得其总动力学质量为220 ± 21 M_Jup，光谱型为M6 ± 1，有效温度约为2900 K，为测试接近亚恒星边界处的演化模型提供了关键基准，并揭示了模型对年轻低质量恒星质量预测可能存在低估。

ABSTRACT

Tight binaries discovered in young, nearby associations, with known distances, are ideal targets to provide dynamical mass measurements to test the physics of evolutionary models at young ages and very low masses. We report for the first time the binarity of TWA22, possible new dynamical calibrator for evolutionary models at young ages. Based on an accurate trigonometric distance (17.53 +- 0.21 pc) determination, we infer a total dynamical mass of 220 +- 21 MJup for the system. From the resolved near-infrared integral-field spectroscopy, we find an effective temperature Teff=2900+200-200 K for TWA22 A and Teff=2900+200-100 K for TWA22 B and surface gravities between 4.0 and 5.5 dex. From our photometry and a M6 +- 1 spectral type for both components, we find luminosities of log(L/Lsun)=-2.11 +- 0.13 dex and log(L/Lsun)=-2.30 +- 0.16 dex for TWA22 A and B respectively. By comparing these parameters with evolutionary models, we question the age and the multiplicity of this system. We also discuss a possible underestimation of the mass predicted by evolutionary models for young stars close to the substellar boundary.

研究动机与目标

• 通过轨道监测与精确距离测量，确定TWA22AB的动力学质量。
• 利用近红外测光与光谱分析，表征两个组分的物理性质（光度、T_eff、log g）。
• 检验低质量与亚恒星天体在年轻年龄下的演化模型准确性。
• 利用运动学与光谱诊断，解决该系统成员身份（TWA与BPMG之间）的模糊性。
• 探究模型预测质量与实测质量之间的差异是否源于未解析的内部双星系统或模型缺陷。

提出的方法

• 利用NACO获取高分辨率自适应光学成像，解析双星组分并监测四年内轨道运动。
• 利用SINFONI获取中等分辨率JHK光谱（R ≈ 1500–2000），以确定光谱型、T_eff与log g。
• 测量三角视差，得出精确距离17.53 ± 0.21 pc，用于质量校准。
• 将观测光谱与经验及合成光谱库进行比较，以推导光谱型、T_eff与表面重力。
• 利用Teixeira等人（2009年）提供的径向速度与自行数据，评估其在TWA或BPMG中的运动学成员身份。
• 将模型预测与实测光度、T_eff与动力学质量进行对比，以检验演化模型的准确性。

实验结果

研究问题

• RQ1 TWA22AB双星系统的动力学质量是多少？其与演化模型预测值相比如何？
• RQ2 TWA22A与TWA22B的光谱型、有效温度与表面重力分别是多少？
• RQ3 基于运动学与光谱诊断，TWA22AB是TW Hydrae星协的成员，还是更年轻的BPMG成员？
• RQ4 模型预测质量与实测质量之间的差异是否可能源于未解析的内部双星系统或模型不准确？
• RQ5 该系统位于亚恒星边界附近，是否对当前低质量天体演化模型构成挑战？

主要发现

• TWA22AB的总动力学质量为220 ± 21 M_Jup，基于精确的三角视差距离17.53 ± 0.21 pc得出。
• 两个组分的有效温度均约为2900 K，其中TWA22A为2900⁺²⁰⁰₋²⁰⁰ K，TWA22B为2900⁺²⁰⁰₋¹⁰⁰ K。
• 两个组分的表面重力均被限制在4.0至5.5 dex之间，表明低表面重力，与年轻年龄一致。
• 通过连续谱拟合、光谱指数及吸收线等效宽度，推导出光谱型为M6 ± 1。
• 光度分别为log(L/L⊙) = -2.11 ± 0.13（TWA22A）与-2.30 ± 0.16（TWA22B），表明其处于亚恒星边界附近。
• 系统的运动学与光谱特性表明其更可能属于3000万年历史的BPMG，而非更年轻的TWA，尽管成员身份仍不确定。