[논문 리뷰] Stellar population of the superbubble N206 in the LMC II. Parameters of the OB and WR stars, and the total massive star feedback

V. Ramachandran, W.‐R. Hamann외 6명|Lirias (KU Leuven)|2018. 02. 21.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 104인용 수 14

한 줄 요약

이 연구는 라지 매지لان 클라우드의 N206 슈퍼버블 내 164개의 OB 별과 두 개의 WR 이중성에 대해 PoWR 모델 대기와 다중 목적 VLT/FLAMES 데이터를 사용하여 종합적인 스펙트로스코픽 분석을 수행한다. 그 결과, 세 개의 매우 거대한 Of 별들이 이온화 및 기계적 피드백을 지배하며, 최근 500만 년 동안의 총 에너지 입력이 현재의 X선 슈퍼버블 에너지보다 다섯 배 이상 높아, 뜨거운 기체의 누출과 약 3000만 년에 걸친 순차적 별 형성의 가능성을 시사한다. 현재의 별 형성률은 2.2×10⁻³ M☉ yr⁻¹이다.

ABSTRACT

Clusters or associations of early-type stars are often associated with a 'superbubble' of hot gas. The formation of such superbubbles is caused by the feedback from massive stars. The complex N206 in the Large Magellanic Cloud exhibits a superbubble and a rich massive star population. We observed these massive stars using the FLAMES multi-object spectrograph at ESO-VLT. Available UV spectra from HST, IUE, and FUSE are also used. The spectral analysis is performed with Potsdam Wolf-Rayet (PoWR) model atmospheres. We present the stellar and wind parameters of the OB stars and the two WR binaries in the N206 complex. Twelve percent of the sample show Oe/Be type emission lines, although most of them appear to rotate far below critical. We found eight runaway stars based on their radial velocity. The wind-momentum luminosity relation of our OB sample is consistent with the expectations. The HRD of the OB stars reveals a large age spread (1-30 Myr), suggesting different episodes of star formation in the complex. The youngest stars are concentrated in the inner part of the complex, while the older OB stars are scattered over outer regions. We derived the present day mass function for the entire N206 complex as well as for the cluster NGC2018. Three very massive Of stars are found to dominate the feedback among 164 OB stars in the sample. The two WR winds alone release about as much mechanical luminosity as the whole OB star sample. The cumulative mechanical feedback from all massive stellar winds is comparable to the combined mechanical energy of the supernova explosions that likely occurred in the complex. Accounting also for the WR wind and supernovae, the mechanical input over the last five Myr is ~$2.3 imes10^{52}$ erg, which exceeds the current energy content of the complex by more than a factor of five. The morphology of the complex suggests a leakage of hot gas from the superbubble.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 스펙트로스코피를 사용하여 LMC의 N206 슈퍼버블 내 거대 별의 별 및 바람 파ameters를 정량화하는 것.
• 관측된 슈퍼버블 에너지 내용과 비교하여 거대 별의 이온화 복사, 별풍, 초신성의 총 피드백을 평가하는 것.
• Hertzsprung-Russell 다이어그램과 OB 별의 운동 에너지 분포를 사용하여 N206 복합체의 별 형성 역사를 재구성하는 것.
• N206 복합체와 그 하위 구조인 NGC 2018의 현재 질량 함수와 별 형성률을 결정하는 것.
• 특히 WC4+O9 시스템을 포함한 두 개의 WR 이중성의 진화 상태와 바람 특성을 세밀한 이중성 분석을 통해 조사하는 것.

제안 방법

• VLT/FLAMES의 고해상도 UV 및 가시광선 데이터와 야행 UV 스펙트럼 자료를 활용하여 N206 복합체 내 OB 및 WR 별의 스펙트로스코픽 분석을 수행한다.
• 스펙트럼 에너지 분포를 합성하고 관측된 선을 일치시키기 위해 Potsdam Wolf-Rayet (PoWR) 모델 대기를 적용한다.
• 도전성 별을 식별하고 별 집단의 운동 특성을 추론하기 위해 도플러 이동 측정을 수행한다.
• 유도된 별 파ameters를 사용하여 Hertzsprung-Russell 다이어그램(HRD)을 구축하여 연령 분포와 별 형성 역사를 추론한다.
• 스펙트로스코픽 및 진화 모델을 사용하여 이온화된 광자 플럭스(Q₀)와 별풍에 의한 기계적 빛의 강도(L_mec)를 계산한다.
• 최근 500만 년 동안의 누적 기계적 피드백 에너지를 별풍과 초신성 기여도를 통합하여 계산하고, 관측된 X선 에너지 내용과 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 N206 슈퍼버블 내 OB 및 WR 별의 별 및 바람 파ameters는 무엇이며, 이론적 기대와 어떻게 비교되는가?
• RQ2 N206 내 거대 별들이 슈퍼버블의 에너지 균형을 얼마나 지배하는가? 관측된 X선 에너지 내용과 비교해보면 어떠한가?
• RQ3 N206 복합체의 별 형성 역사는 어떠한가? 순차적 또는 이벤트 기반 별 형성의 증거는 있는가?
• RQ4 특히 가장 빛나는 별들인 개별 거대 별들의 피드백 기여도가 전체 에너지 예산에 비해 어떻게 비교되는가?
• RQ5 별풍과 초신성의 기계적 에너지 입력은 얼마이며, 현재 X선 슈퍼버블에 저장된 에너지보다 초과하는가?

주요 결과

• N206 복합체 내 모든 거대 별의 총 이온화 광자 플럭스는 Q₀ ≈ 5×10⁵⁰ s⁻¹이며, 이 중 세 개의 매우 거대한 Of 별이 이 플럭스의 60% 이상을 차지한다.
• 164개의 OB 별에서 기인한 별풍의 기계적 빛의 강도는 L_mec = 1.7×10³⁸ erg s⁻¹이며, 두 개의 WR 이중성은 전체 OB 샘플과 동일한 기계적 빛의 강도를 기여한다.
• 최근 500만 년 동안 OB 별에서 기인한 누적 기계적 피드백 에너지는 약 1.3×10⁵² erg이며, 이는 현재 X선 슈퍼버블 에너지 내용을 다섯 배 이상 초과한다.
• 최근 500만 년 동안 OB 별, WR 별, 초신성의 기여를 합산한 총 에너지는 약 2.3×10⁵² erg로, X선 기포에 저장된 에너지보다 뚜렷이 초과한다.
• 슈퍼버블의 X선 빛의 강도는 현재 별풍에 의한 기계적 빛의 강도의 0.4%에 불과하여, 기계적 에너지 입력 대비 X선 복사 에너지가 매우 낮다는 것을 시사한다.
• 분자 기체에 의해 완전히 둘러싸이지 않은 N206 복합체의 형태는 뜨거운 기체의 누출 가능성을 시사하며, 이는 에너지 예산의 불균형과 일치한다.