[論文レビュー] The IMF in Starbursts

Bruce G. Elmegreen|arXiv (Cornell University)|Nov 8, 2004

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、星形成爆発領域における初期質量関数（IMF）の理解の進化をレビューし、初期の研究では高赤方偏光と光度欠損により上位質量寄りのIMFが示唆されたが、後続の観測では赤方偏光補正の改善と多波長モデリングにより、星形成爆発銀河におけるIMFはサルペターの勾配（Γ = −1.35）と0.5〜1 M⊙の低質量カットオフに一致することが示された。密度の高い環境ではIMFがわずかに浅くなるが、星形成爆発領域に普遍的な上位質量寄りのIMFがある強力な証拠はない。

ABSTRACT

The history of the IMF in starburst regions is reviewed. The IMFs are no longer believed to be top-heavy, although some superstar clusters, whether in starburst regions or not, could be. General observations of the IMF are discussed to put the starburst results in perspective. Observed IMF variations seem to suggest that the IMF varies a little with environment in the sense that denser and more massive clusters produce more massive stars, and perhaps more brown dwarfs too, compared to intermediate mass stars.

研究の動機と目的

• 初期の観測で星形成爆発銀河に上位質量寄りのIMFが示唆されたことに矛盾する、後続のより正確なデータと一致させる。
• 極端な条件のもとで星形成爆発領域のIMFが標準的なサルペターIMFと真正に異なるかどうかを評価する。
• 赤方偏光、動的質量、光度測定がIMF解釈に与える影響を評価する。
• スーパースタークラスタ（SSC）が通常のクラスタと比較して系として上位質量寄りのIMFを示すかどうかを調査する。
• IMFの変動が、星形成密度や高密度星集団内の環境条件と相関するかどうかを特定する。

提案手法

• Kバンド、Brα/Brγ、FIR、電波、CO、HeI線を含む多波長の画像および分光観測を用いて、複数の星形成爆発銀河（例：M82、NGC 3256、UGC 8387）の観測データをレビューした。
• 発展的星族合成モデルを適用し、観測された発光線比率、光度、スペクトルエネルギー分布が異なるIMF仮定と一致するかを検証した。
• 回転曲線および速度分散からの動的質量推定値を用いて、全星族質量を制約し、光度質量と比較した。
• Brγ/BrαおよびPaβ/Brγ比を用いて赤方偏光補正を評価し、M82における以前の高赤方偏光値（例：AV = 25 mag）に疑問を呈した。
• 観測されたL/M比、ライマン連続領域放射度、[NeIII]/[NeII]線比に適合するように、IMF勾配（Γ）と低質量カットオフ（ML）を評価した。
• 一貫したIMFフレームワークを用いて、局所銀河クラスタから高赤方偏光星形成爆発領域まで多様な環境を比較分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M82などの星形成爆発銀河の初期観測が、本当に上位質量寄りのIMFを示唆していたのか、それとも高赤方偏光推定値と光度バイアスが原因だったのか？
• RQ2 動的質量、光度、赤方偏光測定が、星形成爆発領域におけるIMF推定にどの程度影響を及えるのか？
• RQ3 環境依存性がIMFに系として存在するのか、特に高密度星形成領域におけるIMF勾配や低質量カットオフの観点から？
• RQ4 スーパースタークラスタ（SSC）が通常のクラスタと比較して、系として異なるIMFを示すのか。もしそうであれば、その物理的メカニズムは何か？
• RQ5 星形成爆発領域における赤超巨星集団の欠如と酸素豊度の上昇は、内側にカットオフを持つ上位質量寄りのIMFを除外できるのか？

主な発見

• Paβ/Brγ比を用いたM82の再評価された赤方偏光（AV ≈ 2–12 mag）は、以前の高値（AV = 25 mag）と矛盾し、IMFのカットオフが必要でなくなる。
• M82のKバンド光度は、以前の推定値よりも約3倍低いことが判明し、IMFのカットオフが必要でないという主張をさらに弱める要因となった。
• 19個の星形成爆発銀河の多波長モデリングにより、0.1〜100 M⊙の範囲でサルペターIMF（Γ = −1.35）が支持され、上位質量寄りの兆候は一切認められなかった。
• 25 pc解像度の高精度分光観測により、M82では50 M⊙を超える上限質量の必要がなく、1 M⊙未満でIMFの転換があると示唆された。
• スーパースタークラスタ（例：M82のMGG-11、NGC 1705-1）の観測では一部に上位質量寄りIMFの兆候が見られたが、他方（例：NGC 6946、M82：MGG-9）では通常のサルペターに類似したIMFが観測された。
• 密度の高い星形成領域（例：星形成爆発領域）ではわずかに浅いIMF勾配（Γ ≈ −1.35）が観測され、より低い密度領域（Γ ≈ −1.8）と比較して、環境依存性が示唆された。