[論文レビュー] The VLT-FLAMES Tarantula Survey XIV. The O-Type Stellar Content of 30 Doradus

N. R. Walborn, H. Sana+7 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|Feb 27, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 66被引用数 60

ひとこと要約

本論文は、VLT-FLAMES Tarantula調査から得られた30 Doradus領域の352個のO型およびB0型星の高分解能分光分類を提示し、213個の高品質なO型星を同定した。主な発見として、$v\sin i \sim 600$ km s$^{-1}$ の非常に急速に回転するO型星が18個、若年性の高いVz星の集団、強力なC III発光を示すO V((fc))星の顕著な割合が確認され、LMCの星形成爆発環境における大質量星の進化および集団ダイナミクスの理解が前進した。

ABSTRACT

Detailed spectral classifications are presented for 352 O-B0 stars in the VLT-FLAMES Tarantula Survey, of which 213 O-type are of sufficient quality for further morphological analysis. Among them, six subcategories of special interest are distinguished. (1) Several new examples of the earliest spectral types O2-O3 have been found. (2) A group of extremely rapidly rotating main-sequence objects has been isolated, including the largest $v\sin i$ values known, the spatial and radial-velocity distributions of which suggest ejection from the two principal ionizing clusters. (3) Several new examples of the evolved, rapidly rotating Onfp class show similar evidence. (4) No fewer than 48 members of the Vz category, hypothesized to be on or near the ZAMS, are found in this sample; in contrast to the rapid rotators, they are strongly concentrated to the ionizing clusters, supporting their interpretation as very young objects, as do their relatively faint absolute magnitudes. (5) A surprisingly large fraction of the main-sequence spectra belong to the recently recognized V((fc)) class, with C III emission lines of similar strength to the usual N III in V((f)) spectra; there are also six objects with very high-quality data but no trace of either mission feature, presenting new challenges to physical interpretations. (6) Five spectra with morphologically enhanced nitrogen lines have been detected. Absolute visual magnitudes have been derived for each star with individual extinction laws, and composite HRDs provide evidence of the multiple generations present in this field. Associations with X-ray sources are noted. Further analyses of this unique dataset underway will provide new insights into the evolution of massive stars and starburst clusters.

研究の動機と目的

• 高分解能VLT-FLAMESデータを用いて、30 Doradus星形成爆発領域のO型およびB0型星の詳細な分光分類を提供すること。
• 極めてまれまたは異常なO型星の亜型、特に極端な回転星および進化した急速回転星を同定・特徴づけること。
• 低金属量環境下の大質量星進化の文脈において、Vz、V((fc))および強化された窒素線といった形態的特徴の物理的意義を解明すること。
• VFTSデータセットの正確な分光型および減光補正済み絶対等級の基盤を提供することで、広範な天文学的分析を支援すること。

提案手法

• 高分解能分光法（$R \sim 10^4$）を用いて、VLT-FLAMES Tarantula調査から得られた352個のO型およびB0型星の分類を実施した。
• 信号対雑音比、分解能、連星状態を基準に、信頼性の高い形態的解析が可能な213個の高品質O型星のサブセットを選別した。
• 新規に作成された銀河O星分光アトラスを用い、GOSSSやIACOBといった既存の分類システムを参照して分光分類を実施した。
• 個々の星に対して特化した減光則を適用して減光補正を行い、正確な視等級絶対等級を導出した。
• 極端な回転星の動力学的起源を調査するために、空間的および径速度分布を分析した。
• アーカイブデータおよびHST/WFC3画像を用いて、Chandra X線源および視覚的連星との照合を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 30 Doradusにおける最も急速に回転するO型星の分布および性質は何か？ その動力学的起源は何か？
• RQ2 LMCのO型星に観測されるVzおよびV((fc))分光形態の背後にある物理的意義は何か？
• RQ3 Vz星の空間的および光度的分布は、それらが非常に若く、主系列前または初期主系列段階の星であるという解釈をどのように支持するか？
• RQ4 30 DoradusのO型星のうち、何パーセントが強化された窒素線を示し、これは質量移動または内部混合に何を示唆するか？
• RQ5 O型星の大気および風に関する現在のモデルが、O V((fc))星における強いC III発光を含む観測された分光的特徴によってどのように挑戦されたり、修正されたりするか？

主な発見

• 18個の非常に急速に回転するO型主系列星が同定され、そのうち$ v\sin i \sim 600 $ km s$^{-1}$ の回転速度を示す、既知で最も速い星が含まれており、空間的および径速度分布からNGC 2070およびNGC 2060集団からの打上げの可能性が示唆された。
• 48個のVz星が同定され、イオン化集団および北に位置する新しく同定された星形成領域に強く集中しており、それらが非常に若く、主系列前または初期主系列段階の星であるという解釈を支持した。
• C III線が通常のN III線と同等以上に強く観測された19個の星がO V((fc))に分類され、大気的または風的条件が複雑であることを示した。
• 6個の高信号対雑音比星において、N IIIまたはC III発光特徴の痕跡が一切認められず、分光分類および物理的モデル化に新たな課題を提示した。
• 6個の新しいO2–O3型星が発見され、1個の既知のO星が窒素豊富なON2型に再分類された。これにより、最も初期のO型星の既知の集団が拡大された。
• 単一O星における分光的連星率が少なくとも50％であることが確認された。また、いくつかの進化したOnfp星は連星の証拠を示していた。