[논문 리뷰] A Tale of Three Cities: OmegaCAM discovers multiple sequences in the color-magnitude diagram of the Orion Nebula Cluster

G. Beccari, M. G. Petr-Gotzens외 16명|arXiv (Cornell University)|2017. 05. 26.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 48인용 수 3

한 줄 요약

ADHOC 설문의 OmegaCAM 광도 측정 자료를 바탕으로, 이 연구는 오리온 성운 집단의 색-등급도도에서 세 개의 명확히 구분되는 주진행선 이전 별 집단을 발견하여, 약 1 밀리온 년에 걸쳐 지속된 별 형성 역사가 있음을 시사한다. 결과는 더 어린 집단이 더 빠르게 회전한다는 분광학적 자료에 의해 지지되며, 이는 연속적인 형성 과정이 아니라 분리된 세대의 별 형성임을 시사한다.

ABSTRACT

As part of the Accretion Discs in H$α$ with OmegaCAM (ADHOC) survey, we imaged in r, i and H-alpha a region of 12x8 square degrees around the Orion Nebula Cluster. Thanks to the high-quality photometry obtained, we discovered three well-separated pre-main sequences in the color-magnitude diagram. The populations are all concentrated towards the cluster's center. Although several explanations can be invoked to explain these sequences we are left with two competitive, but intriguing, scenarios: a population of unresolved binaries with an exotic mass ratio distribution or three populations with different ages. Independent high-resolution spectroscopy supports the presence of discrete episodes of star formation, each separated by about a million years. The stars from the two putative youngest populations rotate faster than the older ones, in agreement with the evolution of stellar rotation observed in pre-main sequence stars younger than 4 Myr in several star forming regions. Whatever the final explanation, our results prompt for a revised look at the formation mode and early evolution of stars in clusters.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 광도 측정을 이용해 오리온 성운 집단의 별 집단 구조를 조사하기.
• 관측된 색-등급도 선들이 연령 분포에 기인하는지 아니면 해상도가 낮은 이중성에 기인하는지 규명하기.
• 공간적 및 운동학적 자료를 활용해 젊은 집단에서의 반복적 별 형성 가설을 시험하기.
• 주진행선 이전 별의 자전과 연령 간의 관계를 검토하기.
• 특히 천체역학적 timescale과 물질 붕착 역사를 고려할 때, 집단 형성 모델에 대한 함의 평가하기.

제안 방법

• VST에 장착된 OmegaCAM을 사용해 오리온 성운 집단 주변 12°×8° 영역을 r, i, Hα 필터로 촬영하기.
• 색-등급도도에서 잠재적 하위 구조를 강조하기 위해 비예약 마스크 기법 적용하기.
• 공간적 광도 측정 및 천체정렬/광도 보정을 CASU 파이프라인을 사용해 수행하기.
• 회전 속도와 연령 지표를 평가하기 위해 고해상도 분광학 데이터와 교차 매칭하기.
• 은하간 먼지 투과도 벡터와 흡수 곡선(Rv = 3.1)을 사용해 간섭 흡수 보정하기.
• 형성 순서를 선형 방향으로 추론하기 위해 집단의 공간 분포 분석하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 오리온 성운 집단의 색-등급도도에서 다수의 선이 서로 다른 연령을 가진 별 집단을 나타내는가?
• RQ2 관측된 선들은 특이한 질량 비율을 가진 해상도가 낮은 이중성에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ3 자기적 자전과 공간 분포 자료를 바탕으로 오리온 성운 집단에서 반복적 별 형성이 존재하는 증거가 있는가?
• RQ4 주진행선 이전 별의 자전 속도는 추정된 연령과 어떻게 상관관계가 있는가?
• RQ5 0.5–0.8 Myr의 연령 분포가 집단 형성 timescale에 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• 오리온 성운 집단의 색-등급도도에서 세 개의 잘 분리된 주진행선 이전 선이 확인되었다.
• 가장 어린 집단은 더 어린 연령과 디스크 잠금 모델에 부합하는 더 높은 평균 자전 속도(vsini)를 보였다.
• 분광학적 자료는 각각 약 1 Myr 간격으로 분리된 별 형성 이벤트를 지지한다.
• 세 집단의 공간 분포는 집단 중심 쪽으로 집중되어 있으며, 질량 중심에 유의미한 이격이 없었다.
• 세 집단의 연령 분포는 0.5–0.8 Myr로 추정되었으며, 이는 약 7×10⁵년의 천체역학적 timescale과 일치했다.
• 가장 어린 집단에 매우 낮은 A_V 값을 가진 천체가 부족한 것은, 이 집단이 지구에서 더 멀리 떨어져 형성되었고, 형성 활동이 시간이 지남에 따라 감소했음을 시사한다.