[論文レビュー] The Quintuplet Cluster III. Hertzsprung-Russell diagram and cluster age

A. Liermann, W.‐R. Hamann+1 more|Mar 12, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 52被引用数 30

ひとこと要約

本研究では、LHOカタログのKバンド分光観測を用いて、クインタプルレット銀河団のヘルツシュプルング＝ラッセル図（HRD）を構築し、その年齢と星形成歴を制約した。観測された星の温度と光度を進化モデルと比較することで、年齢は3.5 ± 0.5百万年であり、即時の星形成バーストと整合的であることが判明した。また、わずかに質量関数が上部に偏った初期質量関数（IMF）である可能性が示唆された。赤超巨星が団と類似した径方向速度を示すことは、標準的な単一星進化モデルに反する。

ABSTRACT

The Quintuplet, one of three massive stellar clusters in the Galactic center, is located about 30pc in projection from Sagittarius A*. Based on near-infrared K-band spectra we determine temperatures and luminosities for all stars in our sample and construct the Herztsprung-Russell diagram. We find two distinct groups: early-type OB stars and late-type KM stars, well separated from each other. By comparison with Geneva stellar evolution models we derive initial masses exceeding 8 solar masses for the OB stars, that are located along an isochrone corresponding to a cluster age of about 4 million years. In addition, we derive number ratios (e. g. N_WR/N_O) and compare them with predictions of population synthesis models. We find that an instantaneous burst of star formation at about 3.3 to 3.6\,Myr ago is the most likely scenario to form the Quintuplet cluster. The late-type stars in the sample are red giant branch (RGB) stars or red supergiants (RSGs) according to their spectral signatures. It is discussed if they could physically belong to the Quintuplet cluster. Furthermore, we apply a mass-luminosity relation to construct the initial mass function (IMF) of the cluster. We find indications for a slightly top-heavy IMF.

研究の動機と目的

• Kバンド分光観測から導かれたヘルツシュプルング＝ラッセル図（HRD）を用いて、クインタプルレット団の年齢を特定すること。
• スペクトル型サブタイプの数比（例：N_WR/N_O、N_WC/N_WN）を分析することで、団の星形成歴を調査すること。
• 径方向速度と進化モデルを根拠として、特に赤超巨星（RSGs）を含む後期型KM星の物理的団メンバーとしての所属を評価すること。
• 質量-光度関係を用いて初期質量関数（IMF）を導出し、Salpeter IMFと比較すること。
• 4 Myrの年齢を持つ団でWolf-Rayet星と赤超巨星が共存していることが、標準的な単一星進化モデルと整合するかどうかを評価すること。

提案手法

• 147個の星（85個の早期型、62個の後期型）のKバンドスペクトルから、均一な赤色偏光を仮定して星の温度と光度を導出した。
• 距離の仮定（銀河中心距離）に基づき、絶対的Kバンド等級と効果的温度をプロットすることでHRDを構築した。
• Geneva星進化モデルの進化軌道と等年齢線を用いて、早期型星の観測分布にフィットさせ、団の年齢を推定した。
• スペクトル型サブタイプの数比（例：WR/O、WC/WN）を、人口合成モデルの予測と比較することで、星形成歴を制約した。
• 4 Myrの等年齢線に質量-光度関係を適用して初期質量関数（IMF）を導出し、発光関数からのべき乗法の傾きを用いて定量化した。
• 径方向速度の差を用いて団メンバーの評価を行い、平均（113 ± 37 km s⁻¹）から3σ以上外れた星は非メンバーとして除外した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HRDと進化モデルのフィッティングに基づくと、クインタプルレット団の最も整合性のある年齢は何か？
• RQ2 観測されたWR型サブタイプの数比（WC/WN、WR/O）は、1回の星形成バーストで説明可能か？もしそうなら、それはいつ発生したのか？
• RQ3 径方向速度と進化時間スケールを考慮すると、後期型KM星、特に赤超巨星はクインタプルレット団に物理的に関連していると考えられるか？
• RQ4 クインタプルレット団の初期質量関数（IMF）は、標準的なSalpeter IMFから逸脱しているか？もしそうなら、上部に偏っていると見なせるか？
• RQ5 4 Myrの年齢を持つ団でWolf-Rayet星と赤超巨星が共存することは、標準的な単一星進化モデルとどのように整合するか？

主な発見

• クインタプルレット団の早期型OB星は、初期質量が8 M☉を超えており、約4 Myrに対応する等年齢線と整合的である。
• WN星だけから導かれた年齢は3 Myrであり、最も質量の大きな星の形成が遅延している、または二重星の質量移動による再活性化の可能性を示唆している。
• 人口合成モデルとの最も良い一致は、3.5 ± 0.5 Myr前に発生した1回の星形成バーストで達成され、バースト形成シナリオを支持する。
• 5個の明るいKM星（うち1つが赤超巨星：LHO 007）は、団の径方向速度を共有しており、長大な進化時間スケールにもかかわらず、物理的メンバーとして妥当である。
• 発光関数のべき乗法の傾きはα = 0.24 ± 0.06であり、若く共歴な団と整合的で、バーストモデルを支持する。
• 質量-光度関係から導かれた初期質量関数（IMF）の傾きは、やや上部に偏ったIMFを示唆しており、特にWN星を含めた場合に顕著である。