The Fundamental Importance of Brown Dwarf Binaries Quinn - PowerPoint PPT Presentation

The ¡Fundamental ¡Importance ¡of ¡ Brown ¡Dwarf ¡Binaries ¡ Quinn ¡M. ¡Konopacky ¡ Dunlap ¡Ins>tute ¡ University ¡of ¡Toronto ¡ May ¡22, ¡2013 ¡

Outline ¡ • Surveys ¡for ¡brown ¡dwarf ¡binaries ¡ ¡ • Mul>plicity ¡proper>es ¡of ¡brown ¡dwarfs ¡ ¡ • Using ¡binaries ¡to ¡measure ¡fundamental ¡ parameters ¡

Mul>plicity ¡has ¡long ¡been ¡used ¡as ¡a ¡ constraint ¡on ¡the ¡star ¡forma>on ¡process. ¡ • Mul>plicity ¡frac>on ¡a ¡ signature ¡of ¡physical ¡ processes ¡in ¡stellar ¡ popula>on ¡ • What ¡can ¡the ¡ mul>plicity ¡proper>es ¡ of ¡brown ¡dwarfs ¡tell ¡us ¡ about ¡their ¡forma>on ¡ and ¡evolu>on? ¡ White ¡et ¡al. ¡1999 ¡

With ¡the ¡ini>al ¡iden>fica>on ¡of ¡brown ¡dwarfs, ¡ mul>ple ¡systems ¡were ¡quickly ¡discovered. ¡ • Discovery ¡of ¡CFHT-­‑ Pl-­‑18 ¡(1998), ¡ DENIS1228.2-­‑1547B ¡ (imaging) ¡and ¡PPL ¡15 ¡ (spectroscopy) ¡1999 ¡ Mar\n ¡et ¡al. ¡1999 ¡ Basri ¡et ¡al. ¡1999 ¡

Imaging ¡surveys ¡with ¡HST ¡were ¡the ¡first ¡to ¡ discover ¡mul>ple ¡systems ¡in ¡large ¡numbers. ¡ Bouy ¡et ¡al. ¡2003, ¡Gizis ¡ et ¡al. ¡2003, ¡Burgasser ¡ et ¡al. ¡2003, ¡2006, ¡Reid ¡ et ¡al. ¡2006, ¡2008 ¡ (WFPC2, ¡NICMOS) ¡

Ground ¡based ¡laser ¡guide ¡star ¡adap>ve ¡ op>cs ¡is ¡ideally ¡suited ¡for ¡iden>fying ¡low ¡ mass ¡binaries. ¡ Close ¡et ¡al. ¡ 2003, ¡ Siegler ¡et ¡ al. ¡2005, ¡ Kraus ¡et ¡al. ¡ 2008, ¡2012, ¡ Dupuy ¡& ¡ Liu ¡2012 ¡ Liu ¡& ¡Leggeb ¡2005 ¡

Wide ¡binaries ¡have ¡been ¡effec>vely ¡ iden>fied ¡using ¡all-­‑sky, ¡mul>-­‑epoch ¡surveys. ¡ Companions ¡to ¡ stellar ¡objects: ¡ e.g., ¡Burningham ¡ et ¡al. ¡2009, ¡Day-­‑ Jones ¡et ¡al. ¡2011, ¡ Faherty ¡et ¡al. ¡ 2011, ¡Luhman ¡et ¡ al. ¡2012 ¡ Wide ¡binary ¡ brown ¡dwarfs: ¡ e.g., ¡Billères ¡et. ¡ Al ¡2005, ¡Allers ¡et ¡ al. ¡2006, ¡Luhman ¡ et ¡al. ¡2009, ¡ Radigan ¡et ¡al. ¡ Luhman ¡2013 ¡ 2009 ¡

Using ¡analysis ¡of ¡spectroscopic ¡“blends”, ¡ candidates ¡binaries ¡can ¡be ¡iden>fied. ¡ • Fits ¡to ¡low ¡resolu>on ¡ spectra ¡are ¡beber ¡ using ¡“binary ¡ blended” ¡template ¡ than ¡single ¡spectral ¡ type ¡template ¡ • RV ¡monitoring ¡aler ¡ iden>fica>on ¡can ¡ reveal ¡candidates ¡are ¡ true ¡binaries ¡ 2MASS ¡0320-­‑0446, ¡Burgasser ¡et ¡al. ¡2008 ¡

Using ¡analysis ¡of ¡spectroscopic ¡“blends”, ¡ candidates ¡binaries ¡can ¡be ¡iden>fied. ¡ • Fits ¡to ¡low ¡resolu>on ¡ spectra ¡are ¡beber ¡ using ¡“binary ¡ blended” ¡template ¡ than ¡single ¡spectral ¡ type ¡template ¡ • RV ¡monitoring ¡aler ¡ iden>fica>on ¡can ¡ reveal ¡candidates ¡are ¡ true ¡binaries ¡ 2MASS ¡0320-­‑0446, ¡Blake ¡et ¡al. ¡2010 ¡

The ¡number ¡of ¡radial ¡velocity ¡variables ¡ con>nue ¡to ¡increase. ¡ Maxted ¡& ¡ Jeffries ¡2005, ¡ Basri ¡& ¡Reiners ¡ 2006, ¡Kurosawa ¡ et ¡al. ¡2006, ¡ Joergens ¡2008, ¡ 2010, ¡2012 ¡ ¡ Blake ¡et ¡al. ¡ 2010 ¡ Burgasser ¡et ¡al. ¡2012 ¡ • Benefits ¡from ¡development ¡of ¡high ¡precision ¡RV ¡ monitoring ¡in ¡the ¡near-­‑IR ¡

Recent ¡discoveries ¡with ¡microlensing ¡have ¡ revealed ¡binaries ¡in ¡a ¡new ¡region ¡of ¡ parameter ¡space. ¡ • Closer ¡ separa>ons ¡ can ¡be ¡probed ¡ (see ¡talk ¡ tomorrow) ¡ ¡ Choi ¡et ¡al. ¡2013 ¡

The ¡binary ¡frequency ¡amongst ¡very ¡low ¡mass ¡ objects ¡has ¡now ¡been ¡significantly ¡probed. ¡ • Burgasser ¡et ¡al. ¡2007 ¡field ¡ binary ¡frac>on ¡10-­‑30% ¡ • Most ¡systems ¡>ghtly ¡ separated ¡(a ¡< ¡20 ¡AU) ¡and ¡ near ¡equal-­‑mass ¡ra>o ¡ • Filling ¡in ¡the ¡completeness ¡ gaps, ¡this ¡range ¡con>nues ¡ to ¡hold ¡ ¡ – Re-­‑reduc>ons, ¡e.g. ¡Pope ¡et ¡ al. ¡2013 ¡ – More ¡spectroscopic ¡ binaries, ¡e.g ¡Blake ¡et ¡al. ¡ 2010 ¡ – Addi>onal ¡wide ¡systems, ¡ Burgasser ¡et ¡al. ¡2007 ¡ e.g. ¡Faherty ¡et ¡al. ¡2011 ¡

The ¡binary ¡frequency ¡amongst ¡very ¡low ¡mass ¡ objects ¡has ¡now ¡been ¡significantly ¡probed. ¡ • Burgasser ¡et ¡al. ¡2007 ¡field ¡ binary ¡frac>on ¡10-­‑30% ¡ • Most ¡systems ¡>ghtly ¡ separated ¡(a ¡< ¡20 ¡AU) ¡and ¡ near ¡equal-­‑mass ¡ra>o ¡ • Filling ¡in ¡the ¡completeness ¡ gaps, ¡this ¡range ¡con>nues ¡ to ¡hold ¡ ¡ – Re-­‑reduc>ons, ¡e.g. ¡Pope ¡et ¡ al. ¡2013 ¡ – More ¡spectroscopic ¡ binaries, ¡e.g ¡Blake ¡et ¡al. ¡ 2010 ¡ – Addi>onal ¡wide ¡systems, ¡ e.g. ¡Faherty ¡et ¡al. ¡2011 ¡ Choi ¡et ¡al. ¡2013 ¡

Mul>plicity ¡tends ¡to ¡be ¡consistent ¡between ¡young ¡ objects ¡and ¡field ¡objects, ¡with ¡a ¡more ¡“oddballs” ¡ found ¡in ¡separa>on ¡and ¡mass ¡ra>o. ¡ • Binary ¡frac>on ¡about ¡ the ¡same ¡(~20%), ¡but ¡ tend ¡to ¡be ¡wider ¡ separa>on ¡systems ¡ with ¡lower ¡mass ¡ ra>os ¡(e.g., ¡Mar\n ¡et ¡ al. ¡2003) ¡ • Are ¡these ¡differences ¡ resul>ng ¡from ¡ incorrectly ¡modeled ¡ masses ¡or ¡from ¡ incompleteness ¡of ¡ field ¡surveys? ¡ ¡ Duchêne ¡et ¡al. ¡2013 ¡(submibed) ¡

The ¡declining ¡mul>plicity ¡frac>on ¡as ¡a ¡func>on ¡ of ¡stellar ¡mass ¡is ¡a ¡significant ¡test ¡of ¡star ¡ forma>on ¡theories. ¡ • Frac>on ¡declines ¡from ¡ nearly ¡100% ¡at ¡the ¡ highest ¡masses ¡to ¡ ~20% ¡for ¡VLM ¡objects ¡ • Mul>plicity ¡in ¡1-­‑10 ¡AU ¡ range ¡fairly ¡consistent ¡ up ¡to ¡1.5 ¡M ¤ ¡in ¡the ¡ field ¡(Duchêne ¡& ¡Kraus ¡ 2013) ¡ • Evolu>on ¡with ¡>me ¡ likely ¡a ¡func>on ¡of ¡ dynamical ¡processes ¡ Raghavan ¡et ¡al. ¡2010 ¡

The ¡declining ¡mul>plicity ¡frac>on ¡as ¡a ¡func>on ¡ of ¡stellar ¡mass ¡is ¡a ¡significant ¡test ¡of ¡star ¡ forma>on ¡theories. ¡ • Frac>on ¡declines ¡from ¡ nearly ¡100% ¡at ¡the ¡ highest ¡masses ¡to ¡ ~20% ¡for ¡VLM ¡objects ¡ VLM ¡ All ¡young ¡ • Mul>plicity ¡in ¡1-­‑10 ¡AU ¡ Solar ¡Type ¡ range ¡fairly ¡consistent ¡ up ¡to ¡1.5 ¡M ¤ ¡in ¡the ¡ field ¡(Duchêne ¡& ¡Kraus ¡ 2013) ¡ • Evolu>on ¡with ¡>me ¡ likely ¡a ¡func>on ¡of ¡ dynamical ¡processes ¡ Duchêne ¡& ¡Kraus ¡2013 ¡

Binaries ¡are ¡excellent ¡resources ¡for ¡the ¡ measurement ¡of ¡fundamental ¡parameters. ¡ • Empirical ¡measurements ¡of ¡fundamental ¡ parameters ¡are ¡essen>al ¡for ¡feedback ¡into ¡ brown ¡dwarf ¡models ¡ – Measured ¡parameters ¡like ¡metallicity, ¡age, ¡mass, ¡ radius, ¡temperature, ¡and ¡rota>on ¡can ¡help ¡ constrain ¡brown ¡dwarf ¡physics ¡by ¡comparison ¡to ¡ atmosphere ¡and ¡evolu>onary ¡models ¡ – Binaries ¡offer ¡the ¡best ¡(and ¡some>mes ¡only) ¡ means ¡of ¡achieving ¡these ¡empirical ¡ measurements ¡

Brown ¡dwarfs ¡that ¡are ¡companions ¡to ¡ higher ¡mass ¡stars ¡can ¡yield ¡parameters ¡like ¡ metallicity ¡and ¡age. ¡ • Metallicity ¡and ¡age ¡olen ¡ easier ¡to ¡measure ¡for ¡ higher ¡mass ¡objects ¡ • A ¡number ¡of ¡low ¡mass ¡ companions ¡to ¡higher ¡ mass ¡stars ¡have ¡been ¡ iden>fied ¡(e.g., ¡Burgasser ¡ et ¡al. ¡2005, ¡Luhman ¡et ¡al. ¡ 2007, ¡2012, ¡Day-­‑Jones ¡et ¡ al. ¡2011, ¡Deacon ¡et ¡al. ¡ 2012, ¡Gomes ¡et ¡al. ¡2013) ¡ Burningham ¡et ¡al. ¡2009 ¡