[論文レビュー] Oxygen and silicon abundances in Cygnus OB2: Chemical homogeneity in a sample of OB slow rotators

S. R. Berlanas, A. Herrero+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 18, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 48被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、高分解能分光法とFASTWINDモデルを用いて、サイクリックスOB2 associationに属する8つの初期型・低速回転星におけるケイ素および酸素の比量を分析した。化学組成は極めて均一であり、12 + log(O/H) = 8.65 ± 0.12 dexおよび12 + log(Si/H) = 7.53 ± 0.08 dexであった。これは、活発な星形成と大質量星の進化が続く中でも、星風や超新星による自発的増幅が顕著に見られないことを示している。

ABSTRACT

Cygnus OB2 is a rich OB association in the Galaxy which has experienced intense star formation in the last 20-25 Myr. Its stellar population shows a correlation between age and Galactic longitude. Exploring the chemical composition of its stellar content we will be able to check the degree of homogeneity of the natal molecular cloud and possible effects of self-enrichment processes. Our aim is to determine silicon and oxygen abundances for a sample of eight early-type slow rotators in Cygnus OB2 in order to check possible inhomogeneities across the whole association and whether there exists a correlation of chemical composition with Galactic longitude. We have performed a spectroscopic analysis of a sample of late O and early B stars with low rotational velocity, which have been chosen so as to cover the whole association area. We have carried out an analysis based on equivalent widths of metal lines, the wings of the H Balmer lines and FASTWIND stellar atmosphere models to determine their stellar fundamental parameters as well as the silicon and oxygen surface abundances. We derive a rather homogeneous distribution of silicon and oxygen abundances across the region, with average values of 12+log(Si/H)=7.53$\pm$0.08 dex and 12+log(O/H)=8.65$\pm$0.12 dex. We find a homogeneous chemical composition in Cygnus OB2 with no clear evidence for significant chemical self-enrichment, despite indications of strong stellar winds and possible supernovae during the history of the region. Comparison with different scenarios of chemical enrichment by stellar winds and supernovae point to star forming efficiencies not significantly above 10%. The degree of homogeneity that we find is consistent with the observed Milky Way oxygen gradient based on HII regions. We also find that the oxygen scatter within Cygnus OB2 is at least of the same order than among HII regions at similar Galactocentric distance.

研究の動機と目的

• サイクリックスOB2にみられる化学的不均一性を、20–25 Myrにわたり活発な星形成が続く大質量で近接したOB associationとして調査すること。
• 星風や超新星による自発的増幅が、母体分子雲の組成を顕著に変化させているかどうかを検証すること。
• サイクリックスOB2で観測された比量の散らばりを、ミルキーウェイのH ii領域およびオリオンOB1などの他のassociationと比較すること。
• 観測された酸素およびケイ素比量に基づき、大質量associationにおける星形成効率と増幅レベルを制約すること。
• サイクリックスOB2の化学組成が、H ii領域によって示されるミルキーウェイの径方向酸素比量勾配と整合的であるかどうかを評価すること。

提案手法

• WHTのISIS分光計を用いて、サイクリックスOB2に属する8つの後期O型および初期B型星の高信噪比・高分解能分光スペクトルを取得した。
• ケイ素のII, III, IVおよび酸素線の等価幅（EW）測定を実施し、元素比量を導出した。
• 観測されたHバルマー線プロファイルとSi II-III/IV線のEW比を一致させるために、FASTWIND星大気モデルを用いて効果的温度（Teff）および表面重力（log g）を決定した。
• 複数の線にわたる一貫した比量を得るために、微乱拡散解析を実施した。
• 最適化された微乱拡散を各星について用い、成長曲線法を用いて最終的な比量を計算した。
• 銀河中心からの距離と銀河経度を関数として、比量の変動をマッピングし、空間的不均一性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 サイクリックスOB2において、ケイ素および酸素比量に測定可能な化学的不均一性が認められるか？
• RQ2 サイクリックスOB2で観測された比量分布に、大質量星風または核心崩壊超新星による自発的増幅の痕跡が認められるか？
• RQ3 サイクリックスOB2の比量散らばりは、類似した銀河中心距離におけるミルキーウェイのH ii領域で観測されたものと比較してどの程度か？
• RQ4 観測された化学的増幅の欠如を踏まえると、サイクリックスOB2の星形成効率が10%を著しく上回っていると見なせるか？
• RQ5 サイクリックスOB2の化学組成は、H ii領域によって示されるミルキーウェイの径方向酸素比量勾配と整合的か？

主な発見

• サイクリックスOB2における平均酸素比量は12 + log(O/H) = 8.65 ± 0.12 dexであり、ミルキーウェイの径方向酸素勾配およびオリオンOB1や太陽系近傍で観測された値と整合的である。
• 平均ケイ素比量は12 + log(Si/H) = 7.53 ± 0.08 dexであり、このassociation全体にわたり均一な化学組成であることを示している。
• サイクリックスOB2で観測された比量の散らばりは、類似した銀河中心距離におけるミルキーウェイのH ii領域で得られたものと同程度のオーダーである。
• 化学的組成と銀河経度との間に顕著な相関は認められず、この領域における化学的均一性を支持する。
• 顕著な増幅が認められないことから、サイクリックスOB2の星形成効率は10%を著しく上回ってはおらず、自発的増幅プロセスの影響は限定的であると示唆される。
• 結果は、星風や超新星による強い化学的汚染が存在しないことと整合的であるが、同領域に大質量の進化星および高エネルギー現象の証拠は確認されている。