[論文レビュー] The VLT-FLAMES Tarantula Survey VI: Evidence for rotation of the young massive cluster R136

V. Hénault-Brunet, Mark Gieles+9 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|Jul 30, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 36被引用数 30

ひとこと要約

VLT-FLAMES Tarantula Surveyの複数エポック分のスペクトロスコピックデータを用いて、本研究では若年で質量の大きな集団R136において、95%信頼水準で一貫性のある回転が示唆された。回転速度は約3 km s⁻¹であり、この結果から、集団の運動エネルギーの少なくとも20%が回転運動に寄与していると示唆される。これは、星団が初期の収縮または合体過程において、顕著な角運動量を獲得する可能性があることを示している。

ABSTRACT

Although it has important ramifications for both the formation of star clusters and their subsequent dynamical evolution, rotation remains a largely unexplored characteristic of young star clusters (few Myr). Using multi-epoch spectroscopic data of the inner regions of 30 Doradus in the Large Magellanic Cloud (LMC) obtained as part of the VLT-FLAMES Tarantula Survey, we search for rotation of the young massive cluster R136. From the radial velocities of 36 apparently single O-type stars within a projected radius of 10 pc from the centre of the cluster, we find evidence, at the 95% confidence level, for rotation of the cluster as a whole. We use a maximum likelihood method to fit simple rotation curves to our data and find a typical rotational velocity of ~3 km/s. When compared to the low velocity dispersion of R136, our result suggests that star clusters may form with at least ~20% of the kinetic energy in rotation.

研究の動機と目的

• 若年で質量の大きな星団（R136など）が回転運動を示すかどうかを調査すること。これは、初期星団進化において重要なが、未だ制約が乏しい性質である。
• R136の年齢が2 Myr未塔であることを踏まえ、その回転が形成過程の残響であるかどうかを特定すること。
• R136における回転エネルギーの割合を、全運動エネルギーに対して定量化し、星団形成モデルにおけるその役割を評価すること。
• 高い恒星連星度と速度分散の影響を受ける中で、若年星団における回転シグナルが検出可能かどうかをテストすること。
• 回転エネルギーが星団の動的進化および長期的生存に与える影響を検討すること。

提案手法

• VLT-FLAMES分光計を用いて、R136中心から10 pc以内に位置する36個の単一と見なされるO型星に対して、複数エポックの径方向速度（RV）測定値を取得した。
• 集団の回転運動学をモデル化するため、単純な回転曲線に最適化するための最尤法を適用した。
• 集団の投影半径にわたる観測された径方向速度勾配に、円運動モデルをフィットすることで、回転速度の振幅を推定した。
• 回転エネルギーの割合は、Virial平衡を仮定したもとで、回転運動エネルギーと全運動エネルギーの比として計算した。
• 統計的有意性は信頼区間を用いて評価し、回転がランダムな揺らぎではなく、実際の信号である可能性を検証した。
• 速度分散と観測誤差を考慮し、連星系による汚染を最小限に抑えるために、低連星度の星に焦点を当てた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 若年で質量の大きな星団R136は、極めて若く、恒星密度が極めて高いにもかかわらず、10 pcスケールで一貫性のある回転を示しているか？
• RQ2 R136における回転速度の振幅は何か？ また、その速度分散と比べてどうか？
• RQ3 R136の全運動エネルギーのうち、回転運動に寄与する割合はどれくらいか？ これは、その形成メカニズムに何を示唆するか？
• RQ4 観測された回転は、初期の起源に起因していると一貫しているか？ それとも、最近の合体イベントに起因する可能性があるか？
• RQ5 速度分散が低く、連星度が高い中で、若年星団の単一O型星の径方向速度データから、回転を信頼性高く検出できるか？

主な発見

• 36個の単一O型星の径方向速度勾配に基づく分析から、95%信頼水準でR136に回転の統計的に有意な証拠が得られた。
• 回転速度の振幅は約3 km s⁻¹であり、集団の内側10 pcにおいて一貫している。
• この回転速度は、集団の全運動エネルギーの少なくとも20%が回転運動に寄与していることを示唆しており、初期段階で顕著な角運動量が確保されている可能性を示している。
• R136の速度分散が小さい（σ ≈ 10 km s⁻¹）ことから、回転エネルギーの割合は特に重要であり、ランダム運動に埋もれにくい。
• 集団の年齢（2 Myr未塔）から、角運動量の源としての長期間の動的進化は排除され、回転は初期の起源に起因していると一貫している。
• これらの結果は、星団が顕著な回転エネルギーを伴って形成される可能性を支持しており、将来的な動的進化および生存に影響を与える可能性がある。