[論文レビュー] Cygnus OB2 - a young globular cluster in the Milky Way

J. Knödlseder|arXiv (Cornell University)|Jul 28, 2000

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、2MASS赤外データを用いて、天の川銀河に属する Cygnus OB2 を、若い球状星団に再分類している。赤外データにより、2600±400個のOB星と120±20個のO星が球対称に分布していることが明らかになり、全質量は(4–10)×10⁴ M☉、中心密度は40–150 M☉ pc⁻³に達する。これは、光学的観測でその真のサイズと豊富さが極端な減光によって隠蔽されていたため、従来のOB associationとしての分類に疑問を呈するものである。

ABSTRACT

The morphology and stellar content of the Cygnus OB2 association has been determined using 2MASS infrared observations in the J, H, and K bands. The analysis reveals a spherically symmetric association of 2 deg in diameter with a half light radius of 13', corresponding to Rh = 6.4 pc at an assumed distance of 1.7 kpc. The interstellar extinction for member stars ranges from Av = 5m to 20m, which led to a considerable underestimation of the association size and richness in former optical studies. From the infrared colour-magnitude diagram, the number of OB member stars is estimated to 2600 +/- 400, while the number of O stars amounts to 120 +/- 20. This is the largest number of O stars ever found in a galactic massive star association. The slope of the initial mass function has been determined from the colour-magnitude diagram to Gamma=-1.6 +/- 0.1. The total mass of Cyg OB2 is estimated to (4-10)*10^4 Msol, where the primary uncertainty comes from the unknown lower mass cut-off. Using the radial density profile of the association, the central mass density is determined to rho0=40-150 Msol pc^-3. Considering the mass, density, and size of Cyg OB2 it seems untenable to classify this object still as OB association. Cygnus OB2 more closely resembles a young globular cluster like those observed in the Large Magellanic Cloud or in extragalactic star forming regions. It is therefore suggested to re-classify Cygnus OB2 as young globular cluster - an idea which goes back to Reddish et al. (1966). Cygnus OB2 would then be the first object of this class in the Milky Way.

研究の動機と目的

• 極度の星間減光のため光学的調査で低く評価されていた Cygnus OB2 の形状および星の内容を再評価すること。
• 2MASS調査の赤外光度測定データを用いて、Cygnus OB2 の真のサイズ、質量、初期質量関数を特定すること。
• その物理的性質に基づいて、Cygnus OB2 が従来のOB associationから若い球状星団に再分類されるべきかどうかを評価すること。
• ほこりによる減光が光学的星数に与える影響を定量的に評価し、遮蔽された大質量星系を研究する際の赤外データの優位性を示すこと。

提案手法

• Cygnus OB2 の中心を基準とする2°45′の領域にわたる星の光度測定データを、2MASS点源カタログ（PSC）のJ、H、Kバンドから取得した。
• 赤外色の減光に依存しない選別法を適用した。顕在の等級と色を、関係式 K = M_K + DM + A_K および A_K = 0.66 × E(J-K) を用いて、固有等級-色空間に変換した。
• Kバンド対J-K色の平面における色-等級図（CMD）を構築し、主系列星および早期型星を同定した。実測の減光補正には経験的キャリブレーションを用いた。
• Vaccaら（1996）、Wegner（1994）、Koornneef（1983）のスペクトル型から絶対等級および色への関係を用い、固有等級と色を導出した。
• Schaerer & de Koter（1997）およびSchmidt-Kaler（1982）の質量-光度関係を用いて、Kバンドの絶対等級から星の質量を推定した。
• 半径方向密度分布のフィットを実施し、中心質量密度を導出し、初期質量関数の傾きを理論的期待値と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤外データによるほこりによる減光補正を施した場合、Cygnus OB2 の真のサイズと形状はどのようになるか？
• RQ2 Cygnus OB2 に存在するOB星およびO型星の数はいくつであり、全質量および進化状態にどのような示唆を含んでいるか？
• RQ3 高い中心密度および質量分布が、Cygnus OB2 が従来のOB associationではなく若い球状星団に再分類されるべき根拠となるか？
• RQ4 Cygnus OB2 の初期質量関数（IMF）の傾きはどの程度であり、標準的なIMFモデルと比較してどうか？
• RQ5 星間減光は、Cygnus OB2 のような大質量星連星の真の広がりと豊富さを特定する光学的調査にどの程度バイアスをもたらすか？

主な発見

• Cygnus OB2 は、直径約2°、半光半径13′（距離1.7 kpcで6.4 pcに相当）の球対称的形状を示す。
• 同連星には、推定で2600±400個のOB星と120±20個のO星が存在し、銀河内の大質量星連星で最も多くのO星が確認された。
• 初期質量関数の傾きは Γ = -1.6 ± 0.1 と決定され、高質量領域で相対的に急勾配であることを示している。
• Cygnus OB2 の全質量は (4–10)×10⁴ M☉ と推定され、主な不確実性要因は未把握の低質量カットオフにある。
• 中心質量密度は40–150 M☉ pc⁻³であり、これは典型的な若い球状星団の値であり、一般的なOB associationとは異なる。
• 高い質量、密度、構造的性質を踏まえ、本論文はCygnus OB2 が若い球状星団に再分類されるべきであると主張する。これは、天の川銀河で最初に同定された同種の対象である。