2021-11-05｜The Star Formation Newsletter

平野 信吾 (東大・天文)No.346 (#1 – 6)
1. Molecules with ALMA at Planet-forming Scales (MAPS) XIII: HCO+ and disk
ionization structure
2. Youth analysis of near infrared spectra of young low-mass stars andbrown dwarfs
3. Quantifying stochasticity-driven uncertainties in H II region metallicities
4. Molecules with ALMA at Planet-forming Scales (MAPS) XI: CN and HCN as
Tracers of Photochemistry in Disks
5. Unveiling wide-orbit companions to K-type stars in Sco-Cen with Gaia EDR3
6. Molecules with ALMA at Planet-forming Scales (MAPS). X. Studying deuteration
at high angular resolution toward protoplanetary disks

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#2｜

近赤外線スペクトルを用いて、低質量星 (スペクトル型 M0 – L3) の (1) 星質量と (2) 年齢を求めている。
⚫ 次世代分光装置 (MOONS/VLT, NIRSPEC, NIRISS/JWST) では大規模な分光サンプルを取得する予定であり、従来より効率的な解析手法が求められている。
⚫ 星の質量・年齢にそれぞれsensitiveなスペクトル指標を評価し直す。大規模なスペクトル・データセットに対して適用することで、性能を評価する。

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Young members of SFRs

Field members#2｜Dataset

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Kirkpatrick (2005) ... 表面重力に基づく最初の分類
Kirkpatrick et al. (2006), Cruz et al. (2009) ... 拡張版⚫ 4 gravity classes; δ, γ, β, α = ~1, 10, 100, 1000
[Myr]

Allers & Liu (2013; AL13) ... より大規模なサンプルでの星の年代分類⚫ 3 gravity classes: very low gravity (VL-G, ~10Myr), intermediate (INT-G, ~100 Myr), field(FLD-G)
本研究：データセット(2756 spectra)を3つの年代に分類する⚫ Young (906): t_star ~< 10 Myr⚫ Mid-gravity (248): 10 Myr < t_star (~< 100 Myr)
⚫ Field (1602): 若い星のスペクトルフィ－チャーを持たない場合
本論文では、対象とするスペクトル型をSpT<L3に限定する(データセットに若い星が含まれたのがこのSpTまでだったため)。

#2｜Spectral type and extinction

スペクトル型 (SpT) 指標の条件⚫ sub-SpTに対して±1エラーに収まる正確性 (= 傾きの大きさ)⚫ 重力の影響をうけないこと (gravity-insensitive, 後の年齢決定と縮退しない)⚫ 少なくとも5 sub-typesを分類できる性能があること (SpTの判定範囲)➔ 先行研究の中で合致するものは4つ：H2O, H2O-2, WK, aH2O^K＋ 新たに2つを定義：TLI-K, TLI-J

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#2｜Youth assessment with spectral indices5

Youth年代指標⚫ Young (906): t_star ~< 10 Myr⚫ Mid-gravity (248): 10 Myr < t_star (~< 100 Myr)
⚫ Field (1602): 若い星のスペクトルフィ－チャーを持たない場合
先行研究のindicesより、新たに定義したindex (TLI-g)の方が高性能

#2｜Youth assessment with machine learning (2 ages classification)

age/gravity分類宇に対して4モデルの機械学習を適用。
⚫ LDA, SVM … 事前に求めたTLI-gとSpTを与えた
機械学習⚫ PCA+SVM, RF …
スペクトル全体を与えた機械学
習RFモデルで与えたスペクトルのうち、判定に寄与した情報 (バンド)⚫ TLI-g: 1.5-1.565
micron6

#2｜Youth assessment with machine learning (3 ages classification)

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#5｜

8～570 au

TYC 8252-533-1 B (~52 MJup)

大部分が未発見と考えられるwide-orbit companionsを検証する。
⚫ 星形成過程シナリオの検証：円盤分裂⚫ 特に、低質量星を探したい：褐色矮星 (13 – 80MJup)
天体：Scorpius-Centaurus association (Sco-Cen)
大規模サンプル：Gaia EDR3
高解像度観測：Young Suns Exoplanet Survey (YSES)

#5｜Data and methods
Gaia EDR3→ Sco-CenのK型前主系列星 (459; inputsample)→ 伴星候補のpreselection
Input sampleの各ターゲットに対し、
1. 物理的距離が10000[au]以内の天体
2. 視差測定がない or 0.5masを超える
不定性のある天体は棄却
3. 残りの天体については、視差がホスト天体の視差から20％以下のずれかを確認
4. 赤経・赤緯の固有運動が10[km/s]の範囲で一致している天体→ 163 companion candidates (CCs) to142 Sco-Cen members

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Sco-CenのK型前主系列星 (input sample)

Input sample (青), preselected list (赤)#5｜Gaia results and analysis
主星からのangular sep. – Gバンド等級10主星からの距離 – 伴星質量

褐色矮星となる質量上限⚫ 主星のPSF haloにより、主星に近い・暗い伴星は検出できなくなる。
⚫ Gray regionはSPHEREのfield of view
→ 主星と伴星を一度に観測可能 (後述)

⚫ 絶対等級と年齢から伴星質量を求める(BT-Settl and MIST models)⚫ 検出限界のため、褐色矮星が見つかるのは>300[pc]のみ

#5｜ Gaia results and analysis

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色等級図

伴星が重力束縛されているかの評価⚫ 色等級図上で、Sco-Cen系のトラック(tsystem = 15 Myr) と概ね一致⚫ 真の3次元距離・速度は分からないので、束縛されている可能性を確認する。

#5｜ High-contrast imaging results

1.2 M8～570 au

52 MJup

TYC 8252-533-1 … 伴星 (TYC 8252-533-1 B) が褐色矮星と推定⚫ 連星間距離が小さいため、SPHERE field of viewに主星・伴星共に含まれる (左図)
⚫ 固有運動より、主星に重力的に束縛されていることを確認 (右図)
⚫ Separation ~ 570 [pc] → 主星のデブリ円盤の外側に位置する

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#5｜High-contrast imaging results

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SPHERE観測で特定された6つの伴星候補

464.7 MJup, 470
au

189.1 MJup, 275
au

185 MJup, 350 au(3rd at more than 1000 au)

10 candidate BD companions→ future follow-up観測を期待
Binary system + 3rd38 MJup

316 MJup, 100 au

78 MJup, 140 au#1+4+6｜Molecules with ALMA at Planet-forming Scales (MAPS)

VIII: HCO+ and disk ionization structure
IX: CN and HCN as Tracers of Photochemistry in Disks
X: Studying deuteration at high angular resolution toward protoplanetary disks
Web : http://alma-maps.info/「星・惑星形成」ゼミで紹介中⚫ 2021/10/15 : MAPS特集I⚫ 2021/11/12 : MAPS特集II14

#3｜15⚫ 近傍銀河の円盤全体の金属量を100[pc]スケールで測定できるようになった。
⚫ 一方で、こうした小さな領域では星の数が少なすぎるため、あらゆる星質量や進化状態を完全に調べることはできず、イオン化連続スペクトルに確率的な揺らぎが生じる。
⚫ 最も一般的に使われている6種類の診断法に対して、この影響を定量的に評価する。