[論文レビュー] Stellar population of the superbubble N206 in the LMC II. Parameters of the OB and WR stars, and the total massive star feedback

V. Ramachandran, W.‐R. Hamann+6 more|Lirias (KU Leuven)|Feb 21, 2018

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 104被引用数 14

ひとこと要約

本研究では、VLT/FLAMESのマルチオブジェクトデータとPoWRモデル大気を用いて、大マゼラン雲のN206スーパーバブル内における164個のOB星および2つのWR連星の包括的な分光的分析を実施した。その結果、3つの非常に質量の大きなOf星が、電離および力学的フィードバックを支配しており、過去500万年間の総エネルギー入力が現在のX線スーパーバブルのエネルギーを5倍上回っていることが判明した。これは、高温ガスの漏出と3000万年間にわたり連続する星形成が進行している可能性を示唆している。現在の星形成率は2.2×10⁻³ M☉ yr⁻¹である。

ABSTRACT

Clusters or associations of early-type stars are often associated with a 'superbubble' of hot gas. The formation of such superbubbles is caused by the feedback from massive stars. The complex N206 in the Large Magellanic Cloud exhibits a superbubble and a rich massive star population. We observed these massive stars using the FLAMES multi-object spectrograph at ESO-VLT. Available UV spectra from HST, IUE, and FUSE are also used. The spectral analysis is performed with Potsdam Wolf-Rayet (PoWR) model atmospheres. We present the stellar and wind parameters of the OB stars and the two WR binaries in the N206 complex. Twelve percent of the sample show Oe/Be type emission lines, although most of them appear to rotate far below critical. We found eight runaway stars based on their radial velocity. The wind-momentum luminosity relation of our OB sample is consistent with the expectations. The HRD of the OB stars reveals a large age spread (1-30 Myr), suggesting different episodes of star formation in the complex. The youngest stars are concentrated in the inner part of the complex, while the older OB stars are scattered over outer regions. We derived the present day mass function for the entire N206 complex as well as for the cluster NGC2018. Three very massive Of stars are found to dominate the feedback among 164 OB stars in the sample. The two WR winds alone release about as much mechanical luminosity as the whole OB star sample. The cumulative mechanical feedback from all massive stellar winds is comparable to the combined mechanical energy of the supernova explosions that likely occurred in the complex. Accounting also for the WR wind and supernovae, the mechanical input over the last five Myr is ~$2.3 imes10^{52}$ erg, which exceeds the current energy content of the complex by more than a factor of five. The morphology of the complex suggests a leakage of hot gas from the superbubble.

研究の動機と目的

• 高分解能分光法を用いて、大マゼラン雲のN206スーパーバブル内における質量星の星および風のパラメータを定量化すること。
• 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で、質量星が及ぼす総フィードバック（電離放射、星風、超新星）を評価すること。
• HR図とOB星の径速度分布を用いて、N206複合体の星形成歴を再構築すること。
• N206複合体およびその部分構造であるNGC 2018における現在の質量関数と星形成率を特定すること。
• 特にWC4+O9系を含む2つのWR連星の進化状態と風の性質を、詳細な連星解析を用いて調査すること。

提案手法

• VLT/FLAMESの高分解能UVおよび可視光データと、アーカイブのUVスペクトルを用いて、N206複合体のOB星およびWR星の分光的分析を実施。
• スペクトルエネルギー分布を合成し、観測されたラインに一致させるためにポツダム・ウォルフ・レイター（PoWR）モデル大気を採用。
• 径速度測定を実施し、脱落星の特定と星族の運動的性質の推定を実施。
• 得られた星のパラメータを用いてHR図（Hertzsprung-Russell diagram）を構築し、年齢分布と星形成歴の推定を実施。
• 分光的および進化モデルを用いて、電離光子放出関数（Q₀）と星風の機械的ランプ（L_mec）を計算。
• 過去500万年間における風および超新星の寄与を統合し、累積的な機械的フィードバックエネルギーを推定。観測されたX線エネルギー含量と比較した。

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OB星およびWR星の星および風のパラメータは何か。理論的予想と比較するとどうなるか。
• RQ2 N206に存在する質量星が、スーパーバブルのエネルギーにどれほど寄与しているか。観測されたX線エネルギー含量と比較するとどうなるか。
• RQ3 N206複合体の星形成歴は何か。連続的または断続的な星形成の兆候は見られるか。
• RQ4 特に最も明るい星が寄与するフィードバックは、システム全体のエネルギー予算と比較してどの程度の割合を占めているか。
• RQ5 星風および超新星からの機械的エネルギー入力は何か。現在のX線スーパーバブルに蓄えられたエネルギーを上回っているか。

主な発見

• N206複合体に存在するすべての質量星からの総電離光子放出関数は Q₀ ≈ 5×10⁵⁰ s⁻¹ であり、そのうち3つの非常に質量の大きなOf星が60％以上を占めている。
• 164個のすべてのOB星からの星風の機械的ランプは L_mec = 1.7×10³⁸ erg s⁻¹ であり、2つのWR連星がOB星群全体と同等の機械的ランプを寄与している。
• 過去500万年間におけるOB星からの累積的機械的フィードバックエネルギーは ≈1.3×10⁵² erg であり、現在のX線スーパーバブルのエネルギー含量を5倍以上上回っている。
• OB星、WR星、超新星のエネルギー入力合計は、過去500万年間で ≈2.3×10⁵² erg と推定され、X線バブルに蓄えられたエネルギーを著しく上回っている。
• スーパーバブルのX線ランプは、星風からの現在の機械的ランプの0.4％にとどまっている。これは、風エネルギー入力に比べてX線放射が極めて小さいことを示唆している。
• X線スーパーバブルが分子ガスに完全に囲まれていないN206複合体の形状は、高温ガスの漏出が起こっている可能性を示しており、エネルギー予算の不均衡と整合的である。