[論文レビュー] Spectroscopic characterization of the known O-star population in Cygnus OB2. Evidence of multiple star-forming bursts

S. R. Berlanas, A. Herrero+7 more|LA Referencia (Red Federada de Repositorios Institucionales de Publicaciones Científicas)|Aug 22, 2020

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 22被引用数 8

ひとこと要約

本研究は、光学分光法とGaia DR2のアストロメトリーを用いて、てんびん座OB2におけるO型星の最も包括的な分光的アンケートを提示し、約3 Myrおよび約5 Myrの2つの星形成バーストを明らかにした。2つの新しい連星系を同定し、ヘルツブルン＝ラサッズ図（HRD）および分光的ヘルツブルン＝ラサッズ図（sHRD）を用いて正確な星のパラメータと進化状態を導出し、走り去り星候補9例について動的放出または超新星キックの証拠を示した。これは、この領域の複雑な形成歴を強調するものである。

ABSTRACT

Cygnus OB2 provides a unique insight into the high-mass stellar content in one of the largest groups of young massive stars in our Galaxy. Although several studies of its massive population have been carried out over the last decades, an extensive spectroscopic study of the whole known O-star population in the association is still lacking. In this work, we created the most complete spectroscopic census of O stars carried out so far in Cygnus OB2 using already existing and new spectroscopy. We present the spectra for 78 O-type stars, from which we identify new binary systems, obtain the distribution of rotational velocities, and determine the main stellar parameters for all the stars in the region that have not been detected as double-line spectroscopic binaries. We also derive radii, luminosities, and masses for those stars with reliable Gaia astrometry, in addition to creating the Hertzsprung-Russell Diagram to interpret the evolutionary status of the association. This work has shown the improvement reached when using accurate spectroscopic parameters and astrometry for the interpretation of the evolutionary status of a population, revealing, in the case of Cygnus OB2, at least two star-forming bursts at $\sim$3 and $\sim$5 Myr. We find an apparent deficit of very fast rotators in the distribution of rotational velocities. The inspection of the dynamical distribution of the sample has allowed us to identify nine O stars with peculiar proper motions and discuss a possible dynamical ejection scenario or past supernova explosions in the region.

研究の動機と目的

• てんびん座OB2に既知のすべてのO型星について、既存の文献におけるギャップを埋める完全な分光的特徴化を実施すること。
• 正確な星のパラメータ（有効温度、光度、質量、半径、回転速度）を、信頼できるGaia DR2アストロメトリーを持つ孤立O型星について導出すること。
• ヘルツブルン＝ラサッズ図（HRD）および分光的HRD（sHRD）を用いて、連星集団の進化状態を調査し、星形成期を特定すること。
• 集団の動的状態を検討し、走り去り星や超新星キック・動的放出の影響を受けるシステムを同定すること。
• 高分解能分光法と正確なアストロメトリーを組み合わせることで、高質量で遮蔽された領域における大質量星形成の理解を深めること。

提案手法

• てんびん座OB2の78個のO型星について、既存および新規の光学分光法を用い、定量的分光解析に焦点を当てた。
• 分光解析にiacob-broadおよびiacob-gbatの自動化ツールを適用し、FASTWIND星の大気モデルでキャリブレーションした。
• 距離、パラレックス、自己運動を正確に導出するため、$Gaia$ 第2期データリリース（DR2）のアストロメトリーを統合した。
• 古典的HRDおよび分光的HRD（sHRD）を構築し、進化状態の比較と両手法の整合性を検証した。
• 径速度の変動を用いて連星系を同定し、SB2系は主なパラメータ解析から除外した。
• 空間的分布および自己運動分布を分析し、走り去り星候補を特定し、動的構造や膨張・収縮パターンを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 てんびん座OB2におけるO型星の回転速度分布はどのようになっており、他の領域と比べてどう異なるか？
• RQ2 てんびん座OB2における星形成の主な時期はいつで、複数のバーストを示す証拠は何か？
• RQ3 HRDから導出した星のパラメータとsHRDからのものにはどのような相違があり、進化モデルにどのような示唆をもたらすか？
• RQ4 どのO型星が特異な自己運動を示しており、これは動的放出または過去の超新星キックを示唆するか？
• RQ5 この領域の連星系は、初期の動的特性をどの程度保持しているか？ これは運動異常を解釈する上でどのように影響するか？

主な発見

• 本研究は、これまでで最も包括的なてんびん座OB2におけるO型星の分光的アンケートを提示し、78個のO型星を含み、2つの新しい連星系を同定した。
• 回転速度の分布には非常に速い回転星がほとんどなく、速い回転星の短い尾部が観測され、さらなる調査を要する。
• てんびん座OB2における星形成は、約3 Myrおよび5 Myrの2つの主要なバーストで発生しており、最も熱い星を含む約1.5 Myrの第3の小さなバーストも可能性として示唆された。
• sHRDから導出した星の質量は、古典的HRDからのものよりも系統的に高い傾向にあり、sHRDを質量推定に使用する際には検証が不可欠であると示唆された。
• 9個のO型星が特異な自己運動を示しており、動的放出または過去の超新星キックの兆候を示している。連星系が全体の自己運動トレンドを共有していることから、この推論は裏付けられた。
• 連星集団には膨張や収縮の兆候は認められなかったが、空間的に部分構造が認められ、O型星集団における明確な動的進化パターンは観測されなかった。