[논문 리뷰] Oxygen and silicon abundances in Cygnus OB2: Chemical homogeneity in a sample of OB slow rotators

S. R. Berlanas, A. Herrero외 4명|arXiv (Cornell University)|2018. 09. 18.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 48인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 고해상도 스펙트로스코피와 FASTWIND 모델을 사용하여 사이프러스 OB2 연합 내 8개의 초기형·저속 회전 성성에서 실리콘과 산소 농도를 분석한다. 결과적으로 12 + log(O/H) = 8.65 ± 0.12 dex와 12 + log(Si/H) = 7.53 ± 0.08 dex로 매우 균일한 화학 조성임을 확인하였으며, 강력한 항성 형성과 대량 항성 진화에도 불구하고 항성 풍이나 초신성에 의한 자가풍부화가 유의미하게 발생하지 않았음을 시사한다.

ABSTRACT

Cygnus OB2 is a rich OB association in the Galaxy which has experienced intense star formation in the last 20-25 Myr. Its stellar population shows a correlation between age and Galactic longitude. Exploring the chemical composition of its stellar content we will be able to check the degree of homogeneity of the natal molecular cloud and possible effects of self-enrichment processes. Our aim is to determine silicon and oxygen abundances for a sample of eight early-type slow rotators in Cygnus OB2 in order to check possible inhomogeneities across the whole association and whether there exists a correlation of chemical composition with Galactic longitude. We have performed a spectroscopic analysis of a sample of late O and early B stars with low rotational velocity, which have been chosen so as to cover the whole association area. We have carried out an analysis based on equivalent widths of metal lines, the wings of the H Balmer lines and FASTWIND stellar atmosphere models to determine their stellar fundamental parameters as well as the silicon and oxygen surface abundances. We derive a rather homogeneous distribution of silicon and oxygen abundances across the region, with average values of 12+log(Si/H)=7.53$\pm$0.08 dex and 12+log(O/H)=8.65$\pm$0.12 dex. We find a homogeneous chemical composition in Cygnus OB2 with no clear evidence for significant chemical self-enrichment, despite indications of strong stellar winds and possible supernovae during the history of the region. Comparison with different scenarios of chemical enrichment by stellar winds and supernovae point to star forming efficiencies not significantly above 10%. The degree of homogeneity that we find is consistent with the observed Milky Way oxygen gradient based on HII regions. We also find that the oxygen scatter within Cygnus OB2 is at least of the same order than among HII regions at similar Galactocentric distance.

연구 동기 및 목표

• 20–25 Myr 동안 강력한 항성 형성을 겪은 대량의 근접한 OB 연합인 사이프러스 OB2에서 화학적 비균일성을 조사하기 위해.
• 항성 풍 및 초신성에 의한 자가풍부화가 원시 분자운의 조성을 유의미하게 변화시켰는지 테스트하기 위해.
• 관측된 사이프러스 OB2의 농도 산란을 은하수 H ii 영역과 비슷한 갈라크티크 중심 거리에서의 것과 비교하기 위해.
• 관측된 산소 및 실리콘 농도를 바탕으로 대량 연합에서의 항성 형성 효율성과 풍부화 수준을 제약하기 위해.
• 사이프러스 OB2의 화학 조성이 은하수의 반경 방향 산소 농도 기울기와 일치하는지 평가하기 위해.

제안 방법

• WHT의 ISIS 스펙트로그래프를 사용하여 사이프러스 OB2 내 8개의 후기 O형 및 초기 B형 성성에서 고신호대비잡음비·고해상도 스펙트럼을 확보하였다.
• 요소 농도를 유도하기 위해 Si ii, iii, iv 및 산소 선에서 등가폭(EW) 측정을 수행하였다.
• 관측된 H 발머 선 프로파일과 Si II-III/IV 선의 EW 비율을 일치시켜 효과적 온도(Teff)와 표면중력(log g)을 FASTWIND 별대기 모델을 사용해 결정하였다.
• 각 성성에서 다중 선 간 일관된 농도를 도출하기 위해 미세난류 분석을 수행하였다.
• 최적화된 미세난류를 각 성성에 대해 적용하여 곡선-성장도 방법을 사용해 최종 농도를 계산하였다.
• 공간적 비균일성을 평가하기 위해 갈라크티크 중심 거리 및 천구 경도에 따른 농도 변동을 맵핑하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 사이프러스 OB2 연합 전역에서 실리콘과 산소 농도에 유의미한 화학적 비균일성이 존재하는가?
• RQ2 관측된 농도 분포에서 대량 항성 풍이나 중심 붕괴 초신성에 의한 자가풍부화의 증거가 있는가?
• RQ3 사이프러스 OB2의 농도 산란은 유사한 갈라크티크 중심 거리에서 관측된 은하수 H ii 영역의 것과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 관측된 화학적 풍부화 부족을 고려할 때, 사이프러스 OB2의 항성 형성 효율이 10%를 크게 초과하는가?
• RQ5 사이프러스 OB2의 화학 조성이 H ii 영역에 의해 추적된 은하수의 반경 방향 산소 농도 기울기와 일치하는가?

주요 결과

• 사이프러스 OB2의 평균 산소 농도는 12 + log(O/H) = 8.65 ± 0.12 dex이며, 은하수의 반경 방향 산소 기울기와 일치하며 오리온 OB1 및 태양계 근처에서 관측된 값과도 일치한다.
• 평균 실리콘 농도는 12 + log(Si/H) = 7.53 ± 0.08 dex이며, 이는 연합 전역에서 균일한 화학 조성을 나타낸다.
• 사이프러스 OB2에서 관측된 농도 산란은 유사한 갈라크티크 중심 거리에서의 은하수 H ii 영역에서 관측된 것과 같은 주기의 크기를 가진다.
• 화학 조성과 천구 경도 사이에 유의미한 상관관계가 없었으며, 이는 해당 영역 전역에서 화학적 균일성을 지지한다.
• 측정 가능한 풍부화가 없는 것은 항성 형성 효율이 10%를 크게 초과하지 않음을 시사하며, 자가풍부화 과정의 영향을 제한한다.
• 결과는 대량의 진화한 항성이 존재하고 고에너지 현상이 관측되는 지역임에도 불구하고 항성 풍이나 초신성에 의한 강력한 화학 오염이 없음을 일관되게 뒷받침한다.