[논문 리뷰] Evolution of mass segregation in open clusters: some observational evidences

D. Raboud, J. C. Mermilliod|arXiv (Cornell University)|1998. 02. 23.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 4인용 수 18

한 줄 요약

이 연구는 고정밀 구성원 및 이중성 데이터를 활용하여 산개성단 Praesepe와 NGC 6231에서 질량 분리 현상을 조사한다. 매우 어린 NGC 6231(3–4 Myr)에서 질량 분리가 이미 관측되며, 이는 동적 수렴보다는 형성 과정에서 기인할 수 있음을 시사한다. 반면 더 나이가 많은 Praesepe에서는 중간 질량 성성(1.5–2.3 M⊙)에서 질량 분리가 페놀리아데스보다 덜 두드러지며, 이는 초기 조건과 동적 진화의 복합적인 기원일 수 있음을 암시한다.

ABSTRACT

On the basis of the best available member list and duplicity information, we have studied the radial structure of Praesepe and of the very young open cluster NGC 6231. We have found mass segregation among the cluster members and between binaries and single stars, which is explained by the greater average mass of the multiple systems. However, the degree of mass segregation for stars between 1.5 and 2.3 M_sun is less pronounced in Praesepe than in the Pleiades. Furthermore, mass segregation is already present in the very young open cluster NGC 6231 although this cluster is likely still not dynamically relaxed. We discuss the implications of these results and propose a qualitative scenario for the evolution of mass segregation in open clusters. In Praesepe the mass function of single stars and primaries appears to be significantly different, like in the Pleiades. We observe an absence of ellipticity of the outer part of Praesepe.

연구 동기 및 목표

• Praesepe와 NGC 6231에서 별의 반경 분포를 조사하여 질량 분리의 존재와 정도를 평가한다.
• 산개성단에서 질량 분리가 동적 수렴에서 기인하는지, 또는 성단 형성 중 초기 조건에서 기인하는지 규명한다.
• Praesepe(오래된, 약 600 Myr), NGC 6231(매우 어린, 3–4 Myr), 페놀리아데스(중간 연령)의 구조적 특성을 비교하여 질량 분화의 진화를 추적한다.
• 단일 성성과 다중 시스템 간의 공간 분포를 비교하여 이중성의 질량 분리에서의 역할을 조사한다.
• 어떤 어린 성단(예: NGC 6531)에서 강한 질량 분리가 관측되지 않는 것이 연령 때문인지, 또는 다른 동적 요인 때문인지 평가한다.

제안 방법

• Praesepe와 NGC 6231에서 성단 구성원을 정의하기 위해 고정밀 구성원 기준(자기운동, 적색 이동, 광도 측정)을 적용한다.
• 성별성 지표를 성별 위치에 적용하여 외곽 성단 영역의 형태를 평가하고 타원도를 검증한다.
• 장기적인 적색 이동 모니터링과 궤도 해석을 통해 단일 성성과 다중 시스템(주성 및 분광 이중성)을 구분한다.
• 단일 성성과 다중 시스템 주성의 질량 함수를 비교하여 질량 분리의 징후가 되는 차이를 탐지한다.
• 특히 1.5–2.3 M⊙ 질량 범위의 별을 질량 밴드로 나누어 성단 반경에 따라 공간 분포를 분석하여 분리 정도를 정량화한다.
• NGC 6231, Praesepe, 페놀리아데스의 관측 데이터를 사용하여 광범위한 연령 범위(3–4 Myr에서 약 600 Myr) 동안 질량 분리를 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 동적 수렴이 이루어지지 않았을 가능성이 있는 매우 어린 산개성단 NGC 6231에서 질량 분리를 감지할 수 있는가?
• RQ2 Praesepe는 더 오래되었음에도 불구하고 1.5–2.3 M⊙ 질량 성성에서 페놀리아데스보다 질량 분리가 덜 두드러지는 이유는 무엇인가?
• RQ3 NGC 6231에서 관측된 질량 분리는 동적 수렴에서 기인하는가, 아니면 성단 형성 중 초기 조건에서 기인하는가?
• RQ4 Praesepe에서 단일 성성의 질량 함수와 다중 시스템 주성의 질량 함수는 유의미하게 다를까? 이는 거대 이중성의 분리가 확인되는가?
• RQ5 어떤 어린 성단(예: NGC 6531)에서 일시적으로 질량 분리가 관측되지 않는 것은 연령 때문이 아니라, 거대 별의 손실과 폭동적 수렴 때문일 수 있는가?

주요 결과

• 동적 수렴이 이루어지지 않았을 가능성이 있는 매우 어린 산개성단 NGC 6231(3–4 Myr)에서도 질량 분리를 관측할 수 있으며, 이는 질량 분리가 동적 수렴 외의 기원을 가질 수 있음을 시사한다.
• NGC 6231에서 중심에 집중된 것은 가장 질량이 큰 별들(M > 20 M⊙)뿐이며, 중간 질량 성성(1.5–2.3 M⊙)은 공간적으로 잘 혼합되어 있어 선택적 분리가 일어나고 있음을 나타낸다.
• Praesepe에서는 중간 질량 성성(1.5–2.3 M⊙)에서 질량 분리가 페놀리아데스보다 덜 두드러지며, Praesepe가 훨씬 더 오래되었음에도 불구하고 이는 연령 증가에 따라 분리가 증가한다는 기대를 도전한다.
• Praesepe에서 단일 성성의 질량 함수는 다중 시스템 주성의 질량 함수와 유의미하게 다르며, 이는 이중성이 단일 성성보다 중심에 더 집중되어 있음을 확인한다.
• Praesepe의 외곽 부분에서는 타원도가 유의미하게 나타나지 않아 원형 또는 대칭적인 구조를 띠며, 강한 tidal 왜곡이나 투영 효과의 부재를 암시할 수 있다.
• 이 연구는 질량 분리의 双중 기원을 제안한다: 매우 어린 성단에서는 초기 형성 과정이 분리를 이끌 수 있으나, 더 오래된 수렴된 성단에서는 동적 수렴이 주요 기여 요소가 된다.