[論文レビュー] Mapping the youngest and most massive stars in the Tarantula nebula with MUSE-NFM

N. Castro, Martin M. Roth+8 more|arXiv (Cornell University)|Feb 1, 2021

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 2

ひとこと要約

本研究では、MUSE-NFMを用いて、タランツァーブラ星雲内のR136集団について、最初の高分解能分光的マッピングを実施した。積分場分光法を用いながらハッブル望遠鏡並みの空間分解能を達成した。約1,900個の質量の大きな星の均一なカタログを提供し、個々のO型星およびワルフ＝レイター星を解像し、電離ガスおよび星の変動性の詳細な運動学を明らかにした。これにより、最も質量の大きな星の進化およびその星間媒体へのフィードバックに関する、前例のない洞察が得られた。

ABSTRACT

The evolution of the most massive stars is a puzzle with many missing pieces. Statistical analyses are the key to provide anchors to calibrate theory, however performing these studies is an arduous job. The state-of-the-art integral field spectrograph MUSE has stirred up stellar astrophysicists who are excited about the capability to take spectra of up to a thousand stars in a single exposure. The excitement was even higher with the commissioning of the MUSE narrow-field-mode (NFM) that has demonstrated angular resolutions akin to the Hubble Space Telescope. We present the first mapping of the dense stellar core R136 in the Tarantula nebula based on a MUSE-NFM mosaic. We aim to deliver the first homogeneous analysis of the most massive stars in the local Universe and to explore the impact of these peculiar objects to the interstellar medium.

研究の動機と目的

• 局所宇宙における最も質量の大きな星の最初の均一な分光的分析を実施すること。特にタランツァーブラ星雲内のR136集団に焦点を当てる。
• 高空間分解能の積分場分光法を用いて、NGC 2070の密集した中心部における星の密集の限界を克服すること。
• 電離ガスおよび発光線構造の詳細な運動学的マッピングを通じて、質量の大きな星が星間媒体に与える影響を調査すること。
• 最も質量の大きな星の集団において、分光連星および変光星を検出し、その特徴を特定すること。

提案手法

• VLTに搭載されたMUSE狭帯域モード（NFM）を用い、ハッブル宇宙望遠鏡並みの空間分解能（約0.07"）を有する積分場分光法を実施した。
• R136集団をカバーする10のフィールドをモザイク観測し、密集した中心部をマッピングするための合計9つの指向を実施した。
• 約200個の星の高信噪比スペクトルを抽出し、詳細なスペクトル解析および径速度測定を可能にした。
• 源の検出および天体測位の精度を向上させるために、ハッブル・タランツァーブラ・トレジャリープロジェクト（HTTP）カタログとのクロスマッチングを実施した。
• [SII] 6717 Å、Hα、[OIII] 5007 Åの発光線マップを分析し、電離ガスの運動学およびフィードバック構造を調査した。
• 複数回の観測とスペクトル成分のガウスフィッティングを用いて、変光星および分光連星を同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 R136集団における最も質量の大きな星の詳細な分光的および運動学的構造は何か？理論的モデルと比較するとどうなるか？
• RQ2 強い星風および放射フィードバックは、タランツァーブラ星雲の最も密集した領域における周囲の星間媒体をどのように形作っているか？
• RQ3 R136における最も質量の大きな星のうち、分光連星の頻度と性質は何か？それらは星の進化にどのような意味を持つのか？
• RQ4 質量の大きな星における径速度変動は、その動的歴史および排出機構の可能性をどのように示唆するか？
• RQ5 MUSE-NFMによって新たに明らかになったHα発光源は何か？それらは進行中の星形成および主系列前段階の天体を示唆するか？

主な発見

• MUSE-NFMのモザイク観測により、R136集団で約1,900個の源が解像され、Vバンドの限界星等級は約22等とされ、密集領域における源の検出が著しく向上した。
• 空間分解能約0.07"のおかげで、集団中心部の個々のワルフ＝レイター星（R136a1、R136a2、R136a3）を明確に分離できた。
• 中心部にピークが観測され、最も強いX線源の周囲に赤方偏移した、おそらく吸い込まれるような物質が存在し、複雑なガス力学を示唆した。
• 複数の新しいHα発光源が同定され、Oe/Be星や主系列前段階の天体と関連している可能性が示唆された。これは、進行中の星形成を示している。
• 分光連星が検出され、O+O連星ではピーク対ピークの径速度変動が約500 km/sに達しており、MUSEのスペクトル分解能で密な連星系を解像可能であることを実証した。
• 複数回の観測により、複数の質量の大きな星における径速度変動が検出され、密な連星系および動的相互作用の存在を支持する結果となった。