[論文レビュー] The VLT-FLAMES Tarantula Survey III: A very massive star in apparent isolation from the massive cluster R136

J. M. Bestenlehner, J. S. Vink+18 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|May 9, 2011

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 29被引用数 71

ひとこと要約

本研究では、大マゼラン雲のR136集団から29 pc離れた見かけの孤立状態にある非常に質量の大きな星、VFTS 682を特定した。VLT-FLAMES分光法とSEDモデリングを用いて、極めて高い赤外線減光（R_V ≈ 4.7）、高温（52.2 ± 2.5 kK）、および前例のない長期的光度変動（数年にわたって10%の減光）が明らかになった。これは化学的に均一な進化を示唆し、現在の質量の大きな星の形成および脱出メカニズムに関する理論に挑戦するものである。

ABSTRACT

VFTS 682 is located in an active star-forming region, at a projected distance of 29 pc from the young massive cluster R136 in the Tarantula Nebula of the Large Magellanic Cloud. It was previously reported as a candidate young stellar object, and more recently spectroscopically revealed as a hydrogen-rich Wolf-Rayet (WN5h) star. Our aim is to obtain the stellar properties, such as its intrinsic luminosity, and to investigate the origin of VFTS 682. To this purpose, we model optical spectra from the VLT-FLAMES Tarantula Survey with the non-LTE stellar atmosphere code CMFGEN, as well as the spectral energy distribution from complementary optical and infrared photometry. We find the extinction properties to be highly peculiar (RV ~4.7), and obtain a surprisingly high luminosity log(L/Lsun) = 6.5 \pm 0.2, corresponding to a present-day mass of ~150Msun. The high effective temperature of 52.2 \pm 2.5kK might be explained by chemically homogeneous evolution - suggested to be the key process in the path towards long gamma-ray bursts. Lightcurves of the object show variability at the 10% level on a timescale of years. Such changes are unprecedented for classical Wolf-Rayet stars, and are more reminiscent of Luminous Blue Variables. Finally, we discuss two possibilities for the origin of VFTS 682: (i) the star either formed in situ, which would have profound implications for the formation mechanism of massive stars, or (ii) VFTS 682 is a slow runaway star that originated from the dense cluster R136, which would make it the most massive runaway known to date.

研究の動機と目的

• VFTS 682の固有星像的パラメータを特定すること、R136集団から見かけ上孤立している非常に質量の大きな星である。
• VFTS 682の起源を、現地で形成されたものか、密度の高いR136集団から撃ち出されたものかを検討すること。
• 高い全放射出力、極端な減光、および異常な光度変動が、質量の大きな星の形成および進化モデルに与える影響を評価すること。
• 化学的に均一な進化が、VFTS 682の観測された性質をどのように決定づけているかを評価すること。

提案手法

• 非局所熱平衡（non-LTE）星の大気モデルコードcmfgenを用いて、VLT-FLAMES Tarantula調査の光学データを用いたVFTS 682の分光的解析。
• 2MASS、VISTA、SAGE、IRSFからの補足的光学および赤外線光度測定値を用いて、スペクトルエネルギー分布（SED）のモデリング。
• R_Vパラメータを用いた減光特性の導出により、R_V ≈ 4.7が得られ、特異なダスト特性を示唆した。
• Gräfenerら（2011）の質量-全放射出力関係を用い、均一な水素燃焼を仮定して星の全放射出力と質量を推定した。
• R136からのゆっくりとした脱出星である可能性を評価するために、径方向速度および運動学的性質の評価を行った。
• OGLE-IIIのVおよびIバンド光曲線（2001–2009年）およびKバンドデータ（2010年）を用いた長期的光度変動の分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 VFTS 682の固有全放射出力および質量は何か？ 既知の非常に質量の大きな星と比較するとどうなるか？
• RQ2 VFTS 682に向かって観測された極端な減光（R_V ≈ 4.7）の原因は何か？ また、星像的パラメータの導出にどのように影響するか？
• RQ3 なぜVFTS 682は長期間にわたる光度変動（数年にわたって10%の減光）を示すのか？ これは古典的Wolf-Rayet星では前例のない特徴である。
• RQ4 VFTS 682は、現地で形成された質量の大きな星か、R136集団から撃ち出されたゆっくりとした脱出星か？
• RQ5 化学的に均一な進化が、VFTS 682の高い有効温度および高い質量を説明するのにどの程度有効か？

主な発見

• VFTS 682は、log(L/L☉) = 6.5 ± 0.2の高い固有全放射出力を持ち、現在の質量は約150 M☉に相当する。
• 極端な減光（R_V ≈ 4.7）を示し、異常なダスト特性を示しており、A_V ≈ 4.5の著しい減光を受ける。
• 有効温度は52.2 ± 2.5 kKであり、ゼロ年齢主系列星の位置に一致しており、化学的に均一な進化を示唆している。
• 長期的光度変動が観測された：2006年から2009年にかけてVおよびIバンドで約0.1 magの減光が観測され、2010年のKバンドで約0.15 magの増光が観測され、LBVに類似した振る舞いを示した。
• VFTS 682の径方向速度は約300 km/sであり、R136からのゆっくりとした脱出星の可能性と整合的である。現在の投影距離29 pcに達するには、真の速度が約40 km/s必要である。
• VFTS 682の最も可能性の高い初期質量は120–210 M☉であり、年齢は1–1.4 Myrである。高いヘリウム含有率（Y = 0.45）は、初期回転速度が200 km/sを超える高速回転による化学的に均一な進化を支持する。