[論文レビュー] Kinematics of the Central Stars Powering Bowshock Nebulae and the Large Multiplicity Fraction of Runaway OB Stars

Henry A. Kobulnicky, William T. Chick|arXiv (Cornell University)|Jun 18, 2022

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 112被引用数 9

ひとこと要約

本研究は、Gaia EDR3と新規分光観測を用いて、バッシュォックネビュラの中心星の運動学的特性と多重性を分析した。中心星における多重性率は36±6%であり、平均投影速度は14.6 km s⁻¹に達する。結果は、走破星の主な起源として動的放出が支配的であることを支持しており、24%が走破星に分類され、2つの異なる形態的・運動学的集団が特定された。

ABSTRACT

OB stars powering stellar bowshock nebulae (SBNe) have been presumed to have large peculiar velocities. We measured peculiar velocities of SBN central stars to assess their kinematics relative to the general O star population using $Gaia$ EDR3 data for 267 SBN central stars and a sample of 455 Galactic O stars to derive projected velocities $v_{ m 2D}$. For a subset of each sample we obtained new optical spectroscopy to measure radial velocities and identify multiple-star systems. We find a minimum multiplicity fraction of 36$\pm$6% among SBN central stars, consistent with $>$28% among runaway Galactic O stars. The large multiplicity fraction among runaways implicates very efficient dynamical ejection rather than binary-supernova origins. The median $v_{ m 2D}$ of SBN central stars is $v_{ m 2D}$=14.6 km s$^{-1}$, larger than the median $v_{ m 2D}$=11.4 km s$^{-1}$ for non-bowshock O stars. Central stars of SBNe have a runaway ($v_{ m 2D}$$>$25 km s$^{-1}$) fraction of 24$^{+9}_{-7}$%, consistent with the 22$^{+3}_{-3}$% for control-sample O stars. Most (76%) of SBNe central stars are not runaways. Our analysis of alignment ($\Delta_{ m PA}$) between the nebular morphological and $v_{ m 2D}$ kinematic position angles reveals two populations: a highly aligned ($\sigma_{PA}$=25$^\circ$) population that includes stars with the largest $v_{ m 2D}$ (31% of the sample) and a random (non-aligned) population (69% of the sample). SBNe that lie within or near HII regions comprise a larger fraction of this latter component than SBNe in isolated environments, implicating localized ISM flows as a factor shaping their orientations and morphologies. We outline a new conceptual approach to computing the Solar LSR motion, yielding [U$_\odot$, V$_\odot$, W$_\odot$]= [5.5, 7.5, 4.5] km s$^{-1}$.

研究の動機と目的

• Gaia EDR3データを用いて、バッシュォックネビュラ（SBNe）中心星の固有速度を測定すること。
• 新規光学分光観測を用いて、SBNe中心星の多重性率を特定すること。
• 制御オ星サンプルと比較して、SBNe中心星の運動学的および形態的特性を評価すること。
• 走破OB星を生じさせる要因としての動的放出と二重星超新星機構の役割を評価すること。
• ネビュラの形態的方位角と運動学的方位角の整合性を調査し、IS障害がネビュラ構造に与える影響を理解すること。

提案手法

• 267個のSBNe中心星と455個の制御銀河オ星に対して、Gaia EDR3の天測データを用いて投影2次元速度（v₂D）を導出。
• 新規光学分光観測を実施し、部分的な星の径方向速度を測定し、複数星系の特定を試みた。
• 自己運動と径方向速度から運動学的方位角（P Ak）を計算し、ネビュラの形態的方位角（P Am）と比較して、角度差∆PAを算出した。
• v₂D > 25 km s⁻¹を走破星と定義し、信頼区間を伴った走破星割合を計算した。
• ∆PAの分布に基づき、角度差が25°程度の「整合的」（σPA ≈ 25°）と、69°程度の「非整合的」（σPA ≈ 69°）の2つの集団に分類した。
• 太陽運動を局所標準座標系（LSR）に対して再評価する新しい手法を提案し、[U⊙, V⊙, W⊙] = [5.5, 7.5, 4.5] km s⁻¹の結果を得た。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 バッシュォックネビュラ中心星における多重性率はどの程度であり、広範なオ星集団と比較してどう異なるか？
• RQ2 SBNe中心星のうち何パーセントが走破星（v₂D > 25 km s⁻¹）に該当するか？制御オ星サンプルと比較するとどうなるか？
• RQ3 SBNe中心星の運動学的方位角とネビュラの形態的方位角はどの程度整合するか？これはISMの影響に何を示唆するか？
• RQ4 運動学的および多重性データに基づき、走破OB星の生成に動的放出と二重星超新星機構のどちらが支配的役割を果たしているか？
• RQ5 SBNeおよびオ星の運動学的特性に基づく新しい概念的枠組みを用いて、太陽運動を局所標準座標系（LSR）に対して再評価できるか？

主な発見

• SBNe中心星における多重性率は36% ± 6%以上であり、複数星系の高頻度を示している。
• SBNe中心星の中央投影速度（v₂D）の中央値は14.6 km s⁻¹であり、非バッシュォックオ星の中央値11.4 km s⁻¹よりも顕著に高い。
• SBNe中心星の24%が走破星（v₂D > 25 km s⁻¹）に分類され、90%信頼区間は24+9−7%であり、制御オ星サンプルの22+3−3%と整合的である。
• 76%のSBNe中心星は走破星でないため、大多数のバッシュォックネビュラが低速度環境で形成されることを示している。
• ∆PA（ネビュラの形態的方位角と運動学的方位角の差）の分布から、2つの明確な集団が浮き彫りになった：整合的集団（σPA = 25°）はサンプルの31%を占め、非整合的集団（69%）はH II領域付近のネビュラに多く含まれる。
• H II領域内またはその周辺に位置するSBNeは、非整合的集団に属する傾向が強く、局所的なISMの流れがその形態的構造と向きに影響を与えている可能性を示唆している。