[論文レビュー] The young massive SMC cluster NGC 330 seen by MUSE II. Multiplicity properties of the massive-star population

J. Bodensteiner, H. Sana+11 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|Apr 27, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 87被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、小マゼラン雲に位置する40 Myrの若い星団NGC 330で、低金属量環境におけるB型星の最初の均一な径速度（RV）調査を、多エポックのVLT/MUSE統合場分光計測データを用いて実施した。観測バイアス、特にSB2検出バイアスを補正した後、質量の大きな星ではバイアス補正済みの近接連星率が34⁺⁸₋₇%であることが判明した。また、やや明るくない低質量B型星では連星率が著しく低下しており、これは連星性に及ぼす進化的または質量依存的要因の可能性を示唆している。

ABSTRACT

Observations of massive stars in young open clusters (< ~8 Myr) have shown that a majority of them are in binary systems, most of which will interact during their life. Populations of massive stars older than ~20 Myr allow us to probe the outcome of such interactions after many systems have experienced mass and angular momentum transfer. Using multi-epoch integral-field spectroscopy, we investigate the multiplicity properties of the massive-star population in NGC 330 (~40 Myr) in the Small Magellanic Cloud to search for imprints of stellar evolution on the multiplicity properties. From six epochs of VLT/MUSE observations supported by adaptive optics we extract spectra and measure radial velocities for stars brighter than F814W = 19. We identify single-lined spectroscopic binaries through significant RV variability as well as double-lined spectroscopic binaries, and quantify the observational biases for binary detection. The observed spectroscopic binary fraction is 13.2+/-2.0 %. Considering period and mass ratio ranges from log(P)=0.15-3.5, and q = 0.1-1.0, and a representative set of orbital parameter distributions, we find a bias-corrected close binary fraction of 34 +8 -7 %. This seems to decline for the fainter stars, which indicates either that the close binary fraction drops in the B-type domain, or that the period distribution becomes more heavily weighted towards longer orbital periods. Both fractions vary strongly in different regions of the color-magnitude diagram which probably reveals the imprint of the binary history of different groups of stars. We provide the first homogeneous RV study of a large sample of B-type stars at a low metallicity. The overall bias-corrected close binary fraction of B stars in NGC 330 is lower than the one reported for younger Galactic and LMC clusters. More data are needed to establish whether this result from an age or a metallicty effect.

研究の動機と目的

• 小マゼラン雲の低金属量環境に位置する40 Myrの若い星団NGC 330における質量の大きな星の連星性特性を調査すること。
• B型星における分光連星率を測定し、特に低分解能MUSEデータにおけるSB2検出バイアスを含む観測バイアスを補正すること。
• 色-等級図（CMD）領域における異なる進化段階での連星進化の痕跡を評価すること。
• 若年で金属量の高い星団における連星率と比較することで、初期連星率に及ぼす年齢および金属量の影響を解明すること。
• 積算されたRVデータからの星のパラメータおよび回転速度の今後の分析の基盤を築くこと。

提案手法

• 適応光学を用いたワイドフィールドモードでの多エポックVLT/MUSE観測（6エポック）、広帯域カバーを有する。
• m_F814W = 19より明るい星を対象とし、主系列で約5.5 M⊙に対応する星のスペクトル抽出と径速度（RV）測定。
• ピーク-ピーク振幅が20 km s⁻¹を超えるRV変動を示す星を、片線分光連星（SB1）として同定。
• スペクトルの視覚的検査により、複合線および線プロファイルの変化を検出し、二重線分光連星（SB2）を同定。
• 観測バイアスのシミュレーション：主星のRV振幅に基づくSB1バイアスと、成分の線強度が類似していることによるSB2バイアスを、合成連星集団を用いて評価。
• 代表的な軌道パラメータ分布（log P = 0.15–3.5、q = 0.1–1.0）を用いて、観測された分光連星率に対するバイアス補正を実施。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 特にSB2検出バイアスを補正した後、NGC 330の質量の大きな星における真の近接連星率はどの程度か？
• RQ2 色-等級図の異なる進化段階において分光連星率はどのように変化するか？ これにより連星相互作用の歴史はどのような情報を示すか？
• RQ3 NGC 330の観測された連星率は、若年で金属量の高い星団と比較して低く、これは年齢的要因か金属量要因に起因するか？
• RQ4 低金属量環境下でBe星の連星性はB型星と比較してどう異なるか？
• RQ5 データの明るさ依存の傾向が示すように、星の質量が低下するに従い連星率が低下するか？

主な発見

• m_F814W = 19より明るい星における観測された分光連星率は f_SB^obs = 13.2 ± 2.0% である。
• 観測バイアスを補正した後、質量の大きな星のバイアス補正済み近接連星率（log P < 3.5）は f_cl = 34⁺⁸₋₇% である。
• バイアス補正済み近接連星率は、B5型からより前のスペクトル型に対応する明るさ範囲で約55%から約25%に低下しており、質量の低下に伴い連星性が低下する可能性を示唆している。
• 星団の回転点付近およびそれ以上の明るさの星では、観測された分光連星率が約30%に高く、主系列星（約10%）やBe星（約6%）と比較して顕著に高い。
• Be星の観測された分光連星率は f_SB^obs = 2 ± 2% であり、B型星（f_SB^obs = 9 ± 2%）と比較して顕著に低い。これは、異なる進化経路または形成メカニズムを示唆している。
• NGC 330全体のバイアス補正済み連星率は、若年で銀河系およびLMCの星団と比較して低いが、これは年齢に起因する進化または金属量の影響による可能性がある。ただし、これらの要因を明確に分離するにはさらなるデータが必要である。