[논문 리뷰] On the origin of the O and B-type stars with high velocities II Runaway stars and pulsars ejected from the nearby young stellar groups

R. Hoogerwerf, J. H. J. de Bruijne외 1명|ArXiv.org|2000. 10. 02.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 90인용 수 203

한 줄 요약

이 연구는 히파르코스의 고정밀 천체측위 및 전파 관측을 활용하여 700 pc 이내의 56개의 도망성 항성과 9개의 펄서의 궤도를 추적하여 그 부모 항성군을 특정한다. 이는 이중성-초신성 추락 이벤트가 두 차례 확인된 것으로, ζ Ophiuchi와 PSR J1932+1059는 약 1 밀리온 년 전 상부 스토르피우스에서 초신성 폭발로 기인했으며, AE Aur과 μ Col은 약 250만 년 전 트라페지움 별단에서 기인한 것으로 밝혀져, 이중성-초신성 및 천체역학적 추락 시나리오에 대한 강력한 운동학적 증거를 제공한다.

ABSTRACT

We use milli-arcsecond accuracy astrometry (proper motions and parallaxes) from Hipparcos and from radio observations to retrace the orbits of 56 runaway stars and nine compact objects with distances less than 700 pc, to identify the parent stellar group. It is possible to deduce the specific formation scenario with near certainty for two cases. (i) We find that the runaway star zeta Ophiuchi and the pulsar PSR J1932+1059 originated about 1 Myr ago in a supernova explosion in a binary in the Upper Scorpius subgroup of the Sco OB2 association. The pulsar received a kick velocity of about 350 km/s in this event, which dissociated the binary, and gave zeta Oph its large space velocity. (ii) Blaauw & Morgan and Gies & Bolton already postulated a common origin for the runaway-pair AE Aur and mu Col, possibly involving the massive highly-eccentric binary iota Ori, based on their equal and opposite velocities. We demonstrate that these three objects indeed occupied a very small volume \sim 2.5Myr ago, and show that they were ejected from the nascent Trapezium cluster. We identify the parent group for two more pulsars: both likely originate in the 50 Myr old association Per OB3, which contains the open cluster alpha Persei. At least 21 of the 56 runaway stars in our sample can be linked to the nearby associations and young open clusters. These include the classical runaways 53 Arietis (Ori OB1), xi Persei (Per OB2), and lambda Cephei (Cep OB3), and fifteen new identifications, amongst which a pair of stars running away in opposite directions from the region containing the lambda Ori cluster. Other currently nearby runaways and pulsars originated beyond 700 pc, where our knowledge of the parent groups is very incomplete.

연구 동기 및 목표

• 태양으로부터 700 pc 이내의 고속도 O 및 B형 항성(도망성 항성)의 부모 항성군을 정밀 천체측위 데이터를 사용하여 특정하기.
• 도망성 항성과 펄서의 기원으로서 이중성-초신성 시나리오(BSS)와 천체역학적 추락 시나리오(DES)를 시험하기.
• 역행 궤도 경로를 재구성하여 도망성 항성의 운동 연령와 추락 메커니즘을 규명하기.
• 특히 높은 특이 속도를 가진 항성과 펄서의 경우, 그 부모 연합군을 더 정확히 특정하기.
• 도망성 추락이 젊은 항성군의 초기 질량 함수에 미치는 영향을 추락 사건 동안의 질량 손실을 정량화하여 평가하기.

제안 방법

• 히파르코스 위성에서 확보한 마이크로초각 정밀도의 천체측위(자기운동 및 거리측정)와 전파 초장거리 간섭계(VLBI)를 활용하여 정밀한 항성 위치 및 운동 측정을 수행한다.
• 은하계 잠재력 모델과 수치적 통합을 사용하여 56개의 도망성 항성과 9개의 밀도 높은 천체의 과거 궤도 경로를 재구성한다.
• 고속도로 이동한 거리와 속도 벡터를 기반으로 일정한 운동을 가정할 때 추락 이후 경과한 시간을 계산하여 운동 연령를 추정한다.
• 기존의 젊은 항성군과 산개성단(예: Sco OB2, Per OB3, 트라페지움 별단)과의 위치를 역추적하여 부모 집단을 특정한다.
• 삼체계스템(도망성 항성, 동반 항성, 밀도 높은 천체)이 추락 시점에 작은 공간적 부피를 차지하고 있었는지 확인하여 추락 시나리오의 일관성을 평가한다.
• 거리 및 연령 제한으로 인한 최근 BSS 도망성 항성에 대한 편향을 통계 분석으로 평가하고, 천체역학적 추락과 초신성 추락으로 기인한 도망성 항성의 비율을 추정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고정밀 천체측위를 사용하여 도망성 항성 또는 펄서의 부모 항성군을 높은 신뢰도로 특정할 수 있는가?
• RQ2 고속도 항성 ζ Ophiuchi와 관련된 펄서 PSR J1932+1059의 기원은 무엇인가?
• RQ3 AE Aur과 μ Col은 이전에 제안된 바와 같이 이중성인 ι Ori와 공통의 기원을 가졌는가?
• RQ4 700 pc 이내의 56개 도망성 항성 중 몇 퍼센트가 알려진 젊은 항성군 또는 연합체와 연결될 수 있는가?
• RQ5 도망성 항성의 운동 연령와 그 가짜 부모 집단의 연령를 비교하면, 이는 추락 메커니즘에 대해 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• 도망성 항성 ζ Ophiuchi와 펄서 PSR J1932+1059는 약 100만 년 전 상부 스토르피우스의 Sco OB2 하위군에서 이중성 초신성 폭발로 기인한 것으로 확인되었다.
• 펄서는 초신성 폭발 중 약 350 km s⁻¹의 킥 속도를 획득하여 이중성이 붕괴되고 ζ Oph는 높은 공간 속도로 추락당했다.
• AE Aur과 μ Col은 약 250만 년 전 태초기 트라페지움 별단에서 추락했으며, 그들의 속도와 위치는 거대 이중성 ι Ori와의 공통 기원을 일관되게 뒷받침한다.
• 샘플 내 56개 도망성 항성 중 21개는 명백하게 근접한 연합체와 젊은 산개성단과 연결되며, 53 Arietis, ξ Persei, λ Cephei 등의 고전적 도망성 항성도 포함된다.
• 추가로 두 개의 펄서(J0826+2637과 J1115+5030)는 약 5000만 년 된 Per OB3 연합체와 관련이 있으며, 이는 α Persei 산개성단을 포함한다.
• 이 연구는 700 pc 이내에서 부모 집단이 특정된 도망성 항성의 수를 기존의 6개에서 21개로 3배로 증가시켰으며, 최근 추락에 있어서 이중성-초신성 시나리오의 지배적 위치를 확인했다.