[論文レビュー] The initial mass function of young open clusters in the Galaxy: A preliminary result

Beomdu Lim, Hwankyung Sung+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 1, 2015

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、銀河系の16個の若い開放集団を対象に均一な光度測定調査を用いて初期質量関数（IMF）の予備的分析を実施し、質量が大きく密度の高い集団ではIMFの傾きが浅く、最大恒星質量も高くなることから、星形成は普遍的ではなく環境によって制御されている可能性が示唆された。

ABSTRACT

The initial mass function (IMF) is an essential tool with which to study star formation processes. We have initiated the photometric survey of young open clusters in the Galaxy, from which the stellar IMFs are obtained in a homogeneous way. A total of 16 famous young open clusters have preferentially been studied up to now. These clusters have a wide range of surface densities (log sigma = -1 to 3 [stars pc^2] for stars with mass larger than 5M_sun) and cluster masses (M_cl = 165 to 50,000M_sun), and also are distributed in five different spiral arms in the Galaxy. It is possible to test the dependence of star formation processes on the global properties of individual clusters or environmental conditions. We present a preliminary result on the variation of the IMF in this paper.

研究の動機と目的

• 銀河内の若い開放集団における初期質量関数（IMF）の普遍性を調査すること。
• 集団の性質、たとえば質量および表面密度が、均一なデータセットを用いてIMFに与える影響を評価すること。
• 星形成プロセスが普遍的ではなく環境に依存するという仮説を検証すること。
• 西江開放集団調査からの光度データを用いて、IMFの導出に一貫したフレームワークを確立すること。
• 若い集団における集団質量と最大恒星質量の関係を調査すること。

提案手法

• 複数バンド画像を用いて、銀河の円盤領域に広がる16個の若い開放集団を均一に光度測定調査した。
• 光度データからHertzsprung-Russell（HR）図を構築し、星の質量および明るさを導出した。
• 高質量領域（>1 M☉）におけるIMFの形状を定量化するために、べき乗則の傾きΓを用いてIMFにフィットした。
• IMFの傾きΓを集団の表面密度および全質量と相関させ、環境依存性を評価した。
• 観測されたM_max–M_cl関係をElmegreen（2000）、Larson（2003）、Bonnellら（2003）、Weidner & Kroupa（2004）の理論的モデルと比較した。
• 渦巻き腕にわたる空間的分布を分析し、銀河的環境の変動がIMFの変動に与える影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 初期質量関数（IMF）は、銀河内の異なる若い開放集団において体系的に変化するか？
• RQ2 IMFの傾き（Γ）は、集団の表面密度および全質量にどのように依存するか？
• RQ3 最大恒星質量（M_max）と全集団質量（M_cl）の間に相関があるか？
• RQ4 若い集団における星形成は、銀河的位置や集団密度といった局所的環境条件によってどの程度影響を受けるか？
• RQ5 観測されたIMFの傾向は、決定論的質量形成の理論的予測とどのように一致するか？

主な発見

• 質量が大きく密度の高い集団では、低質量でスカスカの集団よりも高質量領域（>1 M☉）におけるIMFの傾き（Γ）が浅い。
• 集団質量（M_cl）と最大恒星質量（M_max）の間に明確な相関があり、M_maxはM_clに伴って増加する。
• 観測されたM_max–M_cl関係は、Elmegreen（2000）、Larson（2003）、Bonnellら（2003）、Weidner & Kroupa（2004）の理論的モデルと整合的である。
• 質量が大きく密度の高い集団は主に銀河の内側に位置し、質量が小さくスカスカの集団は外側の銀河に多く見られる。
• 観測されたIMFの傾きおよびM_maxの変動は、星形成プロセスが普遍的ではなく、むしろ局所的環境条件によって制御されている可能性を示唆している。
• 均一な光度測定調査を用いることで、過去のIMF研究で生じたデータの不均一性に起因する矛盾を最小限に抑えることができた。