[論文レビュー] Evolution of mass segregation in open clusters: some observational evidences

D. Raboud, J. C. Mermilliod|arXiv (Cornell University)|Feb 23, 1998

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 4被引用数 18

ひとこと要約

本研究は、高精度のメンバー割り当ておよび二重星データを用いて、散開星団プレセーペとNGC 6231における質量分離の状態を調査した。NGC 6231（3–4 Myr）は非常に若く、動的平衡に達していない可能性があるが、それでも質量分離が既に観測されている。これは、質量分離が動的緩和によるものではなく、形成過程に起因する可能性を示唆する。一方、より古いプレセーペでは、中程度質量星（1.5–2.3 M⊙）における質量分離はプレアデス星団ほど顕著ではなく、初期条件と動的進化の両方の要因が関与する複雑な、おそらく二重の起源である可能性を示唆する。

ABSTRACT

On the basis of the best available member list and duplicity information, we have studied the radial structure of Praesepe and of the very young open cluster NGC 6231. We have found mass segregation among the cluster members and between binaries and single stars, which is explained by the greater average mass of the multiple systems. However, the degree of mass segregation for stars between 1.5 and 2.3 M_sun is less pronounced in Praesepe than in the Pleiades. Furthermore, mass segregation is already present in the very young open cluster NGC 6231 although this cluster is likely still not dynamically relaxed. We discuss the implications of these results and propose a qualitative scenario for the evolution of mass segregation in open clusters. In Praesepe the mass function of single stars and primaries appears to be significantly different, like in the Pleiades. We observe an absence of ellipticity of the outer part of Praesepe.

研究の動機と目的

• プレセーペとNGC 6231における星の径方向分布を調査し、質量分離の有無と程度を評価すること。
• 散開星団における質量分離が、動的緩和によるものか、星団形成時の初期条件によるものかを特定すること。
• プレセーペ（古さ約600 Myr）、NGC 6231（非常に若さ3–4 Myr）、プレアデス（中程度の年齢）の構造的性質を比較し、質量分離の進化を追跡すること。
• 単一星と複数系の空間的分布を比較することで、二重星系の質量分離への寄与を検討すること。
• 一部の若年星団（例：NGC 6531）で強い質量分離が観測されないのは、若年性そのものによるものか、他の動的要因によるものかを評価すること。

提案手法

• プレセーペとNGC 6231における星団メンバーを特定するために、自己運動、 radial velocity（径速度）、光度測定に基づく高精度のメンバー基準を用いた。
• 星の位置に非対称性推定器を適用し、外側領域の形状を評価し、楕円度の有無を検証した。
• 長期的な径速度モニタリングと軌道解を用いて、単一星と複数系（主星および分光二重星）を区別した。
• 質量分離を示す兆候となる差を検出するために、単一星と複数系主星の質量関数を比較した。
• 特に1.5–2.3 M⊙の質量チャンクに分けた星の空間的分布を、星団半径にわたって分析し、分離度を定量化した。
• NGC 6231、プレセーペ、プレアデスの観測データを用いて、3–4 Myrから約600 Myrまでの広い年齢範囲における質量分離の比較を行った。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 動的平衡に達していない可能性のある非常に若い散開星団NGC 6231において、質量分離は検出可能か？
• RQ2 プレセーペはより古いため、質量1.5–2.3 M⊙の星において質量分離がプレアデスほど顕著でないのはなぜか？
• RQ3 NGC 6231で観測された質量分離は、動的緩和によるものか、星団形成時の初期条件によるものか？
• RQ4 プレセーペにおける単一星と複数系主星の質量関数に顕著な差があるか？ これは、質量の大きな二重星が中心に集中していることを示唆するか？
• RQ5 一部の若年星団（例：NGC 6531）で一時的に質量分離が観測されないのは、質量の大きな星の喪失や暴走的緩和によるものであり、若年性そのものによるものではないのだろうか？

主な発見

• 動的平衡に達していない可能性のある非常に若い散開星団NGC 6231（3–4 Myr）においても、質量分離が観測された。これは、質量分離が動的緩和に起因するものではない可能性を示唆する。
• NGC 6231では、最も質量の大きな星（M > 20 M⊙）のみが中心に集中しているが、中程度質量星（1.5–2.3 M⊙）は空間的によく混合されており、選択的分離（selective segregation）が示唆される。
• プレセーペでは、1.5–2.3 M⊙の星において質量分離がプレアデス星団ほど顕著でない。これは、プレセーペがはるかに古いため、年齢とともに分離度が増加すると予想されるのと対照的である。
• プレセーペにおける単一星の質量関数は、複数系主星の質量関数と顕著に異なる。これは、二重星が単一星よりも中心に集中していることを確認する。
• プレセーペの外側領域には顕著な楕円度は認められず、丸形または対称的な構造である可能性を示唆する。これは、強い潮汐歪みや投影効果の欠如を示唆する。
• 本研究は、質量分離の二重起源を提唱する。非常に若い星団では、形成過程による初期の分離が支配的であり、より古い、緩和された星団では動的緩和が支配的である。