[論文レビュー] The VLT-FLAMES Tarantula Survey VIII. Multiplicity properties of the O-type star population

H. Sana, A. de Koter+15 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|Sep 20, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 41被引用数 230

ひとこと要約

本研究は、VLT-FLAMES調査による複数エポック分光観測を用いて、タランチュラ星雲内の360個のO型星の多重性を分析している。モンテカルロバイアス補正を適用した結果、内在する連星系の割合は51%で、短周期を好み、質量比分布は低質量伴星に偏っていることが判明し、これは連星相互作用が大質量星の進化において広範にわたり、極めて重要であることを示している。

ABSTRACT

Aims. We analyze the multiplicity properties of the massive O-type star population. With 360 O-type stars, this is the largest homogeneous sample of massive stars analyzed to date. Methods. We use multi-epoch spectroscopy and variability analysis to identify spectroscopic binaries. We also use a Monte-Carlo method to correct for observational biases. Results. We observe a spectroscopic binary fraction of 0.35\pm0.03, which corresponds to the fraction of objects displaying statistically significant radial velocity variations with an amplitude of at least 20km/s. We compute the intrinsic binary fraction to be 0.51\pm0.04. We adopt power-laws to describe the intrinsic period and mass-ratio distributions: f_P ~ (log P)^π (with 0.15 < log P < 3.5) and f_q ~ q^κ with 0.1 < q=M_2/M_1 < 1.0. The power-law indexes that best reproduce the observed quantities are π= -0.45 +/- 0.30 and κ= -1.0\pm0.4. The obtained period distribution thus favours shorter period systems compared to an Oepik law. The mass ratio distribution is slightly skewed towards low mass ratio systems but remains incompatible with a random sampling of a classical mass function. The binary fraction seems mostly uniform across the field of view and independent of the spectral types and luminosity classes. The binary fraction in the outer region of the field of view (r > 7.8', i.e. approx117 pc) and among the O9.7 I/II objects are however significantly lower than expected from statistical fluctuations. Conclusions. Using simple evolutionary considerations, we estimate that over 50% of the current O star population in 30 Dor will exchange mass with its companion within a binary system. This shows that binary interaction is greatly affecting the evolution and fate of massive stars, and must be taken into account to correctly interpret unresolved populations of massive stars.

研究の動機と目的

• 大マゼラン雲内の主要な星形成爆発領域であるタランチュラ星雲におけるO型星の内在的多重性特性を特定すること。
• 径速度測定の精度と観測間隔の影響による分光連星検出の観測バイアスを補正すること。
• 多次元モンテカルロモデリング手法を用いて、O型星の内在的軌道周期分布および質量比分布を導出すること。
• 観測された連星特性が形成過程または進化過程と整合するかを評価し、大質量星の進化およびコンパクト天体形成への意味を検討すること。
• 連星系の割合および分布が視野全体にわたって一様であるか、位置、スペクトル型、光度クラス、明るさに応じて変化するかを検証すること。

提案手法

• タランチュラ星雲内の360個のO型星に対して複数エポック分光観測を実施し、分光連星を示す径速度（RV）変動を検出した。
• 顕著なRV変動を特定するため、20 km s⁻¹の閾値を設定し、観測された分光連星系の割合を定義した。
• 観測バイアスを補正するため、観測された連星系割合、RV振幅、変動 timescale の同時分布をモデル化するためのモンテカルロシミュレーションを用いた。
• 内在的周期分布は、0.15 ≤ log₁₀P/d ≤ 3.5 の範囲で、べき乗則 f(log₁₀P/d) ∝ (log₁₀P/d)⁰·⁴⁵ としてモデル化した。
• 内在的質量比分布は、0.1 ≤ q ≤ 1.0 の範囲で f(q) ∝ q⁻¹·⁰ としてモデル化した。ここで q = M₂/M₁ である。
• 本手法は、観測データの分布に合わせて、同時に内在的連星系割合、周期分布、質量比分布を制約した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測バイアスを補正した場合、タランチュラ星雲のO型星における内在的連星系割合はどの程度か？
• RQ2 O型星における内在的周期分布はどのようなものか？また、オーピク則のような理論的予想と比較するとどうなるか？
• RQ3 O型連星系における内在的質量比分布はどのようなものか？低質量伴星を好む傾向があるか？
• RQ4 観測された多重性特性は視野全体にわたって一様か、それとも位置、スペクトル型、光度クラス、明るさに応じて変化するか？
• RQ5 タランチュラ領域における動的または進化的過程が、観測された多重性特性に及ぼす影響はどの程度か？これにより、大質量星の進化にどのような示唆が得られるか？

主な発見

• 観測された分光連星系の割合は35% ± 3%であり、これは径速度変動の振幅が20 km s⁻¹以上である星として定義された。
• モンテカルロ法による観測バイアス補正の結果、内在的連星系割合は51% ± 4%であると判明した。
• 内在的周期分布は、π = -0.45 ± 0.30 のべき乗則（指数）に従い、log₁₀P/d における平坦な分布よりも短周期系が優位であることが示された。
• 内在的質量比分布は f(q) ∝ q⁻¹·⁰ に従い、やや低質量伴星を好む傾向があるが、制約は弱い（κ = -1.0 ± 0.4）。
• 外側領域（r > 7.8′, ≈117 pc）および最も暗い対象（K_s > 15.5 mag）では連星系の割合が顕著に低く、主にサンプル定義および観測効果によるものである。
• O9.7 I/II型星では連星系の割合が低く、これは相互作用後の星またはより古い集団に属する可能性があるが、まだ推測の域を出ない。