[論文レビュー] The VLT-FLAMES Tarantula Survey I: Introduction and observational overview

C. J. Evans, W. D. Taylor+40 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|Mar 28, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 83被引用数 172

ひとこと要約

VLT-FLAMES Tarantula Survey (VFTS) は、VLT の FLAMES 計装を用いて、大マゼラン雲の 30 Doradus 系域における 800 以上の質量の大きな星の包括的で複数エポックにわたる光学スペクトル的調査を実施した。主な成果には、新たな Wolf–Rayet 星（VFTS 682、WN5h）の発見、発光線を示す星の詳細なスペクトル分類、および低金属量環境下における質量の大きな星の星間進化、連星系、回転混合の今後の研究を可能にする堅牢なデータセットの提供が含まれる。

ABSTRACT

The VLT-FLAMES Tarantula Survey (VFTS) is an ESO Large Programme that has obtained multi-epoch optical spectroscopy of over 800 massive stars in the 30 Doradus region of the Large Magellanic Cloud (LMC). Here we introduce our scientific motivations and give an overview of the survey targets, including optical and near-infrared photometry and comprehensive details of the data reduction. One of the principal objectives was to detect massive binary systems via variations in their radial velocities, thus shaping the multi-epoch observing strategy. Spectral classifications are given for the massive emission-line stars observed by the survey, including the discovery of a new Wolf-Rayet star (VFTS 682, classified as WN5h), 2' to the northeast of R136. To illustrate the diversity of objects encompassed by the survey, we investigate the spectral properties of sixteen targets identified by Gruendl & Chu from Spitzer photometry as candidate young stellar objects or stars with notable mid-infrared excesses. Detailed spectral classification and quantitative analysis of the O- and B-type stars in the VFTS sample, paying particular attention to the effects of rotational mixing and binarity, will be presented in a series of future articles to address fundamental questions in both stellar and cluster evolution.

研究の動機と目的

• 30 Doradus 系域における質量の大きな星の広範囲にわたる複数エポックのスペクトル的調査を実施し、ドップラー速度変動を分析し、連星系を同定すること。
• O 型および B 型星、特に発光線を示す星および Wolf–Rayet 特徴を示す星を含めた、包括的なスペクトル分類と基本パラメータの提供。
• 低金属量環境（初期の銀河に類似）における回転混合および連星系の影響が、質量の大きな星の進化に与える影響を調査すること。
• 今後の星団および星族のモデリングのため、高精度な光度およびスペクトルデータセットを提供すること。
• Spitzer および VFTS の多波長データを用いて、若年星天体および中赤外線過剰を示す星を同定・特徴付けすること。

提案手法

• VLT の FLAMES 計装を用いて、30 Doradus 系域の質量の大きな星の複数エポックにわたる光学スペクトル観測を実施した。
• 異なるスペクトル型にわたる広範なスペクトル的特徴をカバーするため、複数の波長設定（LR02、LR03、HR15N）を用いた。
• エポックおよび領域をまたがる光度およびスペクトル的一致性を確保するため、体系的なデータ還元手法を適用した。
• 光学的および近赤外線の光度測定とスペクトルデータを統合し、対象の分類を強化し、赤外線過剰を示す対象を同定した。
• 複数エポックにわたるドップラー速度モニタリングを用いて、周期的な速度シフトを観測し、連星系をスペクトル的に同定した。
• O 型および B 型星の詳細なスペクトル分類と定量的解析を実施し、線のプロファイルおよび発光特徴に注目した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ドップラー速度変動から明らかになる 30 Doradus 系域における質量の大きな連星系の頻度と性質は何か？
• RQ2 低金属量環境下における回転混合および連星系の影響が、O 型および B 型星のスペクトル的性質および進化経路に与える影響は何か？
• RQ3 30 Doradus フィールドにおける Wolf–Rayet 星の出現頻度はどの程度か？ それらのスペクトル的特徴は、既知の集団と比較してどう異なるか？
• RQ4 どの星が中赤外線過剰を示すか？ それらのスペクトル的性質は、進化段階または周囲星間物質環境について何を示唆するか？
• RQ5 30 Doradus の質量の大きな星の観測されたスペクトル分類および基本パラメータは、星間進化モデルの予測とどのように一致するか？

主な発見

• 本調査では、30 Doradus 系域の質量の大きな星 800 以上に対して複数エポックのスペクトル観測が行われ、質量の大きな星の進化を研究するためのユニークなデータセットが得られた。
• R136 のノース・ノーレスから 2′ 離れた位置に、新たな Wolf–Rayet 星（VFTS 682、WN5h）が発見され、この領域における同種星の既知の集団が拡張された。
• すべての質量の大きな発光線星に対してスペクトル分類が行われ、それらの物理的性質および進化状態の詳細な分析が可能になった。
• Gruendl & Chu が Spitzer 光度測定から若年星天体または中赤外線過剰を示す星の候補と特定した 16 個の対象が、スペクトル的に特徴付けられ、多様なスペクトル型および発光特徴が明らかになった。
• 複数エポックの観測戦略により、連星系におけるドップラー速度変動が成功裏に捉えられ、質量の大きな星集団におけるスペクトル連星の同定が可能になった。
• 包括的な光度およびスペクトルデータが還元・校正され、低金属量環境下における星族および星団進化の今後の研究の基盤が固まった。