[논문 리뷰] A HST/WFPC2 survey of bright young clusters in M31. I. VdB0, a massive star cluster seen at ~= 25 Myr

S. Perina, P. Barmby외 13명|ArXiv.org|2008. 12. 09.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 1인용 수 17

한 줄 요약

이 연구는 M31의 약 25 Myr된 거대한 젊은 성운인 VdB0에 대해 HST/WFPC2 이미징을 이용하여 점원함수 피팅 및 인공성별 실험을 통해 그 성질을 도출한다. 이 성운은 태양 금속성과 4–9×10⁴ M☉의 항성 질량을 가지며 반광반경이 7.4 pc로, 젊음과 디스크 위치에도 불구하고 희미한 구형성운의 범주에 속한다. 이는 동역학적 상호작용으로 인해 약 40억 년 이내에 붕괴될 가능성이 있음을 시사한다.

ABSTRACT

{Aims.} We introduce our imaging survey of possible young massive globular clusters in M31 performed with the Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2) on the Hubble Space Telescope (HST). We present here details of the data reduction pipeline that is being applied to all the survey data and describe its application to the brightest among our targets, van den Bergh 0 (VdB0), taken as a test case. {Methods.} The reddening, the age and the metallicity of the cluster are estimated by comparison of the observed Color Magnitude Diagram (CMD) with theoretical isochrones. {Results.} Under the most conservative assumptions the stellar mass of VdB0 is M > 2.4 x 10^4 M_sun, but our best estimates lie in the range ~ 4-9 x 10^4 M_sun. The CMD of VdB0 is best reproduced by models having solar metallicity and age = 25 Myr. Ages smaller than = 12 Myr and larger than = 60 Myr are clearly ruled out by the available data. The cluster has a remarkable number of Red Super Giants (> 18) and a CMD very similar to Large Magellanic Cloud clusters usually classified as young globulars such as NGC 1850, for example. {Conclusions.} VdB0 is significantly brighter (>~ 1 mag) than Galactic open clusters of similar age. Its present-day mass and half-light radius (r_h=7.4 pc) are more typical of faint globular clusters than of open clusters. However, given its position within the disk of M31 it is expected to be destroyed by dynamical effects, in particular by encounters with giant molecular clouds, within the next ~ 4 Gyr.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 HST 이미징을 이용하여 M31의 거대한 젊은 성운인 VdB0의 항성 집단과 구조적 성질을 특성화한다.
• VdB0가 젊은 거대 성운(YMC)으로서 구형성운 상태로 전이되고 있는가를 검증한다.
• 질량, 크기, 환경적 붕괴 timescale을 추정하여 VdB0의 동역학적 운명을 평가한다.
• 더 넓은 범위의 M31 내 밝은 젊은 성운 조사에 대비해 일관된 데이터 처리 및 분석 파이프라인을 수립한다.
• 은하수의 산개성운, 구형성운, 젊은 거대성운의 성질과 비교하여 성운 형성과 진화의 연속성을 명확히 한다.

제안 방법

• VdB0의 WFPC2 이미지에 점원함수(PSF) 피팅 광도측정을 적용하여 개별 항성의 등급과 색을 측정하였다.
• 광도 측정 완전성과 항성 샘플의 탐지 편향을 보정하기 위해 인공성별 실험을 실시하였다.
• 관측된 색-등급도(CMD)를 이론적 등수선과 비교하여 최적의 피팅 모델링을 통해 연령, 금속성, 적색보정을 유도하였다.
• 원형 막대에서의 반경 방향 밀도 프로파일에 분석 모델을 피팅하여 반광반경(rₕ)을 포함한 구조적 매개변수를 유도하였다.
• 통합 V-대역 광도측정, J, H, K-대역 광도측정, 그리고 SSP 모델을 이용한 M/L 비율 모델링을 통해 다수의 독립적 방법으로 항성 질량를 추정하였다.
• 특히 거대 분자운(GMC)과의 상호작용에 의한 붕괴 시간스케일을 고려하여, M31 디스크 내에서 VdB0의 동역학적 진화를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측된 색-등급도와 이론적 등수선의 비교를 통해 VdB0의 연령, 금속성, 적색보정은 무엇인가?
• RQ2 VdB0의 항성 질량는 얼마이며, 은하수 산개성운과 구형성운의 질량와 비교해보면 어떠한가?
• RQ3 VdB0의 반광반경은 은하수 및 M31 내 다른 젊은 거대성운과 구형성운의 반광반경과 비교해보면 어떠한가?
• RQ4 VdB0의 기대 동역학 수명은 M31 디스크에서 얼마이며, 어떤 과정이 그 붕괴를 가장 유력하게 이끌고 있는가?
• RQ5 VdB0는 LMC의 젊은 거대성운인 NGC 1850과 비교해보았을 때, 색-등급도 형태와 적색 초거성의 존재 측면에서 얼마나 유사한가?

주요 결과

• VdB0의 최적 피팅 연령은 25 Myr이며, 12 Myr 미만 또는 60 Myr 초과의 연령은 색-등급도에 의해 명백히 배제된다.
• 성운은 태양 금속성(Z = 0.019)을 가지며, E(B-V) = 0.20의 적색보정을 보이며, 최적 피팅 등수선과 일치한다.
• 최적 피팅 조건 하에 VdB0의 항성 질량는 4–9×10⁴ M☉로 추정되며, 보수적인 하한은 2.4×10⁴ M☉이다.
• 성운의 반광반경은 7.4 pc로, 일반적으로 희미한 구형성운의 크기 범위에 속한다.
• VdB0에는 최소 18개의 적색 초거성이 존재하며, 색-등급도가 LMC의 젊은 거대성운인 NGC 1850과 유사하다.
• M31 디스크 내 위치하고 있으며 질량이 크기 때문에, VdB0는 약 40억 년 이내에 거대 분자운과의 동역학적 상호작용으로 인해 붕괴될 것으로 예상된다.