[論文レビュー] A HST/WFPC2 survey of bright young clusters in M31. I. VdB0, a massive star cluster seen at ~= 25 Myr

S. Perina, P. Barmby+13 more|ArXiv.org|Dec 9, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 17

ひとこと要約

本研究では、M31の約25 Myrの若年大質量星団VdB0について、ポイントスプロークション関数（PSF）フィッティングと人工星実験を用いて、HST/WFPC2の画像を用いてその性質を導出する。この星団は、太陽系の金属量を有し、4–9×10⁴ M☉の星族質量と7.4 pcの半光半径を有しており、若年性および円盤領域に位置するにもかかわらず、明るい球状星団の範囲に位置している。これは、動的相互作用のため、約40億年以内に破壊される可能性があることを示唆している。

ABSTRACT

{Aims.} We introduce our imaging survey of possible young massive globular clusters in M31 performed with the Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2) on the Hubble Space Telescope (HST). We present here details of the data reduction pipeline that is being applied to all the survey data and describe its application to the brightest among our targets, van den Bergh 0 (VdB0), taken as a test case. {Methods.} The reddening, the age and the metallicity of the cluster are estimated by comparison of the observed Color Magnitude Diagram (CMD) with theoretical isochrones. {Results.} Under the most conservative assumptions the stellar mass of VdB0 is M > 2.4 x 10^4 M_sun, but our best estimates lie in the range ~ 4-9 x 10^4 M_sun. The CMD of VdB0 is best reproduced by models having solar metallicity and age = 25 Myr. Ages smaller than = 12 Myr and larger than = 60 Myr are clearly ruled out by the available data. The cluster has a remarkable number of Red Super Giants (> 18) and a CMD very similar to Large Magellanic Cloud clusters usually classified as young globulars such as NGC 1850, for example. {Conclusions.} VdB0 is significantly brighter (>~ 1 mag) than Galactic open clusters of similar age. Its present-day mass and half-light radius (r_h=7.4 pc) are more typical of faint globular clusters than of open clusters. However, given its position within the disk of M31 it is expected to be destroyed by dynamical effects, in particular by encounters with giant molecular clouds, within the next ~ 4 Gyr.

研究の動機と目的

• 高解像度HST画像を用いて、M31における巨大若年星団VdB0の星族および構造的性質を特徴づけること。
• VdB0が若年大質量星団（YMC）として、球状星団の状態へ移行しているという仮説を検証すること。
• 質量、サイズ、環境的破壊 timescale の推定を通じて、VdB0の動的運命を評価すること。
• M31における明るい若年星団の広範な調査のための一貫したデータ還元および分析パイプラインを確立すること。
• 銀河系の散開星団、球状星団、若年大質量星団と比較することで、星団形成と進化の連続体を明確にすること。

提案手法

• VdB0のWFPC2画像にポイントスプロークション関数（PSF）フィッティング光度測定法を適用し、個々の星の等級と色を測定した。
• 光度測定の完全性と検出バイアスの補正を評価するために、人工星実験を実施した。
• 観測された色-等級図（CMD）を理論的等年齢線と比較し、最良適合モデリングにより年齢、金属量、赤色量を導出した。
• 円形アパーチャ内の半径方向強度プロファイルに解析的モデルをフィットさせることで、半光半径（rₕ）を含む構造的パラメータを導出した。
• 星族質量は、統合Vバンド光度測定、J、H、Kバンド光度測定、およびSSPモデルを用いたM/L比モデリングという複数の独立した手法で推定した。
• 特に巨大分子雲との相互作用によるものとして、M31円盤内での動的崩壊時間スケールを考慮して、VdB0の動的進化を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 色-等級図と理論的等年齢線との比較に基づき、VdB0の年齢、金属量、赤色量は何か？
• RQ2 VdB0の星族質量は何か？ また、銀河系の散開星団や球状星団の質量と比べてどうか？
• RQ3 VdB0の半光半径は、銀河系およびM31における他の若年大質量星団や球状星団と比べてどうか？
• RQ4 VdB0の予想される動的寿命は何か？ そして、その破壊を引き起こす主なプロセスは何か？
• RQ5 VdB0は、NGC 1850などの大マゼラン雲における若年大質量星団と比べて、CMDの形状や赤超巨星の含有量においてどの程度類似しているか？

主な発見

• VdB0の最良適合年齢は25 Myrであり、12 Myr未満および60 Myrを超える年齢は、CMDにより明確に除外された。
• 星団は太陽系の金属量（Z = 0.019）を示し、E(B-V) = 0.20の赤色量を有しており、最良適合等年齢線と整合的である。
• 最良適合仮定のもとで、VdB0の星族質量は4–9×10⁴ M☉と推定され、保守的な下限は2.4×10⁴ M☉である。
• 星団は半光半径7.4 pcを有しており、これは明るい球状星団に典型的なサイズ範囲に位置しており、散開星団とは異なる。
• VdB0には少なくとも18個の赤超巨星が存在し、そのCMDは大マゼラン雲の若年大質量星団（例：NGC 1850）に類似している。
• M31の円盤内に位置し、質量が大きいことから、VdB0は巨大分子雲との動的相互作用により約40億年以内に破壊されるものと予想される。