[論文レビュー] Cluster Disruption: From infant mortality to long term survival

N. Bastian|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、ガス放出に起因するクラスタ乳児死亡という標準的枠組みに挑戦し、多くの星が束縛されていない連星集団として形成され、自然に分散するのに対し、大質量クラスタは初期に準縮退状態にあるために早期に安定化することを主張する。M83のクラスタ集団の観測では、外縁領域に位置するクラスタの生存期間が長く、質量依存的破壊と~10⁵ M⊙での切り捨てが支持される。また、主要なパラメータを調整すれば、質量依存的および質量非依存的破壊モデルの両方がデータに適合可能である。

ABSTRACT

How stellar clusters disrupt, and over what timescales, is intimately linked with how they form. Here, we review the theory and observations of cluster disruption, both the suggested initial rapid dissolution phase (infant mortality) and the longer timescale processes that affect clusters after they emerge from their progenitor GMCs. Over the past decade, the standard paradigm that has developed is that all/most stars are formed in clusters and that the vast majority of these groups are disrupted over short timescales (< 10 Myr). This is thought to be due to the removal of the left over gas from the star-formation process, known as infant mortality. However, recent results have suggested that the fraction of stars that form in clusters has been overestimated, with the majority being formed in unbound groups (i.e. associations) which expand and disrupt without the need of invoking gas removal. Dynamical measurements of young massive clusters in the Galaxy suggest that clusters reach a stable equilibrium at very young (<3 Myr) ages, suggesting that gas expulsion has little effect on the cluster. After the early dynamical phase, clusters appear to be long lived and stable objects. We use the recent WFC3 image of the cluster population in M83 to test empirical disruption laws and find that the lifetime of clusters strongly depends on their ambient environment. While the role of cluster mass is less well constrained (due to the added parameter of the form of the cluster mass function), we find evidence suggesting that higher mass clusters survive longer, and that the cluster mass function (at least in M83, outside the nuclear region) is truncated above ~10^5Msun.

研究の動機と目的

• ガス放出によるクラスタ破壊および乳児死亡理論の標準的理論を再評価すること。
• 多くの星が束縛クラスタで形成されるのか、それともガス除去なしに分散する非束縛連星集団で形成されるのかを評価すること。
• HST WFC3データを用いて、M83のクラスタ集団に対して質量依存的（MDD）および質量非依存的（MID）破壊法則の妥当性を検証すること。
• 初期条件（特にビリアル状態および有効SFE）がガス放出後のクラスタ生存に果たす役割を特定すること。
• クラスタ質量関数の切り捨てスケールとその環境依存性を制約すること。

提案手法

• M83のクラスタ集団のHST WFC3観測を解析し、銀河内部および外部の領域に分けて分析する。
• Schechter質量関数を用いて年齢/質量図への最尤フィッティングを実施する。
• 2つの破壊モデル（質量依存的破壊（MDD）および質量非依存的破壊（MID））をテストし、F_MID、t_4、M_c などの自由パラメータを許容する。
• モデル予測を観測されたクラスタの年齢および質量分布と比較し、完全性限界を組み込む。
• 銀河およびLMCにおける若い大質量クラスタの動的測定結果を用いて、若年齢でのビリアル状態および安定性を評価する。
• SPHシミュレーションおよびN体モデルの結果を統合し、初期の準縮退状態および有効SFEがクラスタの耐性に与える影響を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ガス放出によって駆動される乳児死亡のパラダイムは、クラスタ破壊を説明するために依然として妥当なのか？
• RQ2 多くの星が束縛クラスタで形成されるのか、それともガス除去なしに分散する非束縛連星集団で形成されるのか？
• RQ3 初期条件（特に準縮退運動および有効SFE）がガス放出後のクラスタ生存にどの程度影響を与えるのか？
• RQ4 観測されたM83のクラスタ集団を説明するのに、質量依存的破壊法則と質量非依存的破壊法則のどちらがより適切か？
• RQ5 クラスタ寿命の環境依存性は何か？また、クラスタ質量関数に切り捨ての証拠はあるか？

主な発見

• ガス放出によって駆動される乳児死亡のシナリオは、おそらく過大評価されている。多くのクラスタは準縮退状態の初期条件および高い有効SFEのおかげでガス放出を生き延びる。
• 銀河における若い大質量クラスタの動的測定では、低速度分散が観測され、<3 Myrの時点ですでに安定または準縮退状態にあることが示唆され、ガス放出の影響は小さい。
• M83のクラスタ集団には明確な環境依存性が見られる：外縁領域のクラスタは内部領域のクラスタよりも長寿命であり（t_4 ~ 600 Myr）、質量依存的破壊と整合的である。
• F_MID、t_4、M_c などのパラメータを自由に変更できる場合、MDDおよびMID両モデルがM83の観測クラスタ集団に適合可能であるが、MDDモデルがより物理的に整合的である。
• M83のクラスタ質量関数は~10⁵ M⊙で切り捨てられており、内部領域ではわずかに高い切り捨て質量を示しており、他の銀河およびLMCの結果と整合的である。
• より高い質量のクラスタがより長く生存することが示唆されるが、質量関数形状のフィッティングにおける複雑さのため、その質量依存性はやや不確実である。