[論文レビュー] Stellar population of the superbubble N206 in the LMC I. Analysis of the Of-type stars

V. Ramachandran, R. Hainich+6 more|arXiv (Cornell University)|Aug 16, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 69被引用数 11

ひとこと要約

本研究は、大マゼラン雲のN206スーパーバブル内における9個のOf型星を、高分解能のFLAMESおよびアーカイブUV分光法を用いて分析する。PoWRモデル大気を用いて星間物質の力学的エネルギー出力を特定し、これらの星の合計出力がX線放射スーパーバブルに蓄えられた全エネルギーと同等であることが判明し、星間媒体におけるフィードバック駆動構造形成において、これらの星が支配的役割を果たしていることが示された。

ABSTRACT

Massive stars are the key agents of feedback. Consequently, quantitative analysis of massive stars are required to understand how the feedback of these objects shapes/ creates the large scale structures of the ISM. The giant HII region N206 in the Large Magellanic Cloud contains an OB association that powers a X-ray superbubble, serving as an ideal laboratory in this context. We obtained optical spectra with the muti-object spectrograph FLAMES at the ESO-VLT. When possible, the optical spectroscopy was complemented by UV spectra from the HST, IUE, and FUSE archives. Detailed spectral classifications are presented for our sample Of-type stars. For the quantitative spectroscopic analysis we use the Potsdam Wolf-Rayet (PoWR) model atmosphere code. The physical parameters and nitrogen abundances of our sample stars are determined by fitting synthetic spectra to the observations. The stellar and wind parameters of nine Of-type stars are used to construct wind momentum,luminosity relationship. We find that our sample follows a relation close to the theoretical prediction, assuming clumped winds. The most massive star in the N206 association is an Of supergiant which has a very high mass-loss rate. Two objects in our sample reveal composite spectra, showing that the Of primaries have companions of late O subtype. All stars in our sample have an evolutionary age less than 4 million years, with the O2-type star being the youngest. All these stars show a systematic discrepancy between evolutionary and spectroscopic masses. All stars in our sample are nitrogen enriched. Nitrogen enrichment shows a clear correlation with increasing projected rotational velocities. The mechanical energy input from the Of stars alone is comparable to the energy stored in the N206 superbubble as measured from the observed X-ray and H alpha emission.

研究の動機と目的

• N206スーパーバブル内の質量の大きなOf型星が星間媒体の進化に与えるフィードバック寄与を定量化すること。
• N206領域に存在する9個のOf型星の正確な星体的および風パラメータ（明るさ、質量損失率、温度など）を特定すること。
• これらの質量の大きな星における回転混合および進化段階のトレーサーとしての窒素含有量の増加を調査すること。
• クラッピング風モデルを前提とした場合に、これらの星の風運動量-明るさ関係（WMLR）が理論的予測とどの程度整合するかを評価すること。
• Of星からの全イオン化光子フラックスおよび機械的エネルギー出力を推定し、観測されたスーパーバブルのエネルギー含量と比較すること。

提案手法

• ESO VLTのFLAMESマルチオブジェクト分光計を用いて、164個のOB型星（特に9個のOf型星）の高分解能光学分光データを取得した。
• 風パラメータの制約を高めるために、HST、IUE、FUSEのアーカイブUV分光データを光学データと補完した。
• 詳細なスペクトル分類を実施し、ポツダム・ウォルフ＝レイター（PoWR）モデル大気コードを用いてスペクトルを合成し、観測線に適合させた。
• 合成スペクトルを観測線（例：HおよびHe線、N iii、Si iv）に適合させ、効果的温度、表面重力、明るさ、質量損失率、窒素含有量を導出した。
• 得られたパラメータを用いてHertzsprung-Russell図（HRD）における等時線フィッティングを実施し、進化年齢を推定した。
• 明るさと質量損失率に基づき、星の生涯にわたり一定のエネルギー供給が行われると仮定して、全機械的エネルギー出力を計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 N206スーパーバブル内の9個のOf型星の星体的および風パラメータ（Teff、log g、L*、Mdot）は何か？
• RQ2 これらのOf星の機械的エネルギーおよびイオン化光子出力は、X線およびHα放射スーパーバブルの観測エネルギー含量とどの程度一致するか？
• RQ3 窒素含有量の増加は、これらの星において、投影回転速度および進化段階とどの程度相関するか？
• RQ4 クラッピング風モデルを前提とした場合に、観測された風運動量-明るさ関係（WMLR）が理論的予測とどの程度一致するか？
• RQ5 このサンプルではなぜ分光的質量と進化的質量の間に系統的差異が生じるのか？

主な発見

• 全9個のOf型星の進化年齢は400万年未満であり、O2型星N206-FS 180は100万年未満の年齢である。
• 星風の深さ依存的クラッピングを仮定した場合、サンプルの風運動量-明るさ関係（WMLR）は理論的予測とよく一致する。
• 最も質量の大きな星、N206-FS 187は非常に高い質量損失率を示しており、衝突する風連星系である可能性が高く、LMCで最も明るいX線連星系の1つである可能性がある。
• 全星が窒素の増加を示しており、窒素含有量の増加と高い投影回転速度の間には明確な相関が認められた。
• Of星からの全イオン化光子フラックスは3×10⁵⁰ s⁻¹と推定され、それらの合計機械的明るさは1.7×10⁴ L☉であった。
• これらのOf星が生涯にわたって出力した全機械的エネルギーは(5.8±1.8)×10⁵¹ ergであり、N206スーパーバブルの観測された熱的および運動的エネルギー含量（4.7×10⁵¹ erg）と整合的であった。