[논문 리뷰] The initial mass function of young open clusters in the Galaxy: A preliminary result

Beomdu Lim, Hwankyung Sung외 2명|arXiv (Cornell University)|2015. 11. 01.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 은하수의 16개의 젊은 은개성단에서 동일한 광학적 조사 데이터를 사용하여 初기질량함수(IMF)의 初기 분석을 제시하며, 질량이 크고 밀도가 높은 성단에서 IMF 기울기가 얕고 최대 항성 질량이 더 크다는 것을 밝혀내어, 별 형성 과정이 보편성이 아니라 환경적 요인에 의해 결정된다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

The initial mass function (IMF) is an essential tool with which to study star formation processes. We have initiated the photometric survey of young open clusters in the Galaxy, from which the stellar IMFs are obtained in a homogeneous way. A total of 16 famous young open clusters have preferentially been studied up to now. These clusters have a wide range of surface densities (log sigma = -1 to 3 [stars pc^2] for stars with mass larger than 5M_sun) and cluster masses (M_cl = 165 to 50,000M_sun), and also are distributed in five different spiral arms in the Galaxy. It is possible to test the dependence of star formation processes on the global properties of individual clusters or environmental conditions. We present a preliminary result on the variation of the IMF in this paper.

연구 동기 및 목표

• 은하의 젊은 은개성단들 사이에서 초기질량함수(IMF)의 보편성 여부를 조사하기 위해.
• 총 질량과 표면 밀도와 같은 성단 특성이 동일한 데이터 세트를 통해 IMF에 영향을 미치는지 평가하기 위해.
• 별 형성 과정이 보편적이기보다 환경적 요인에 의해 영향을 받는다는 가설을 검증하기 위해.
• 세종 은개성단 조사에서 확보한 광학적 데이터를 활용하여 IMF 유도의 일관된 프레임워크를 수립하기 위해.
• 젊은 성단에서 성단 총 질량과 최대 항성 질량 간의 관계를 탐구하기 위해.

제안 방법

• 다중 대역 이미징을 사용하여 은하수 디스크 전역의 16개의 젊은 은개성단에 대한 동일한 광학적 조사를 수행하였다.
• 광학적 데이터로부터 허츠프루ング-루스델(Hertzsprung-Russell) 다이어그램을 구성하여 항성 질량과 빛의 세기를 유도하였다.
• 고질량 영역(>1 M☉)에서 IMF의 기울기를 정량화하기 위해 거듭제곱 법칙 기울기 Γ를 사용하여 IMF를 적합하였다.
• 환경적 의존성을 평가하기 위해 IMF 기울기 Γ를 성단의 표면 밀도와 총 질량과 상관관계 분석하였다.
• 관측된 M_max–M_cl 관계를 엠레그린(2000), 라슨(2003), 본넬 등(2003), 웨이드너 & 크루파(2004)의 이론 모델과 비교하였다.
• spiral arms를 가로질러 공간 분포를 분석하여 은하 환경의 영향이 IMF 변화에 미치는 영향를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초기질량함수(IMF)는 은하의 다른 젊은 은개성단들 사이에서 체계적으로 변하는가?
• RQ2 IMF 기울기(Γ)는 성단의 표면 밀도와 총 질량에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ3 최대 항성 질량(M_max)과 성단 총 질량(M_cl) 사이에 상관관계가 있는가?
• RQ4 젊은 성단의 별 형성 과정이 은하 위치와 성단 밀도와 같은 국지적 환경 조건에 얼마나 영향을 받는가?
• RQ5 관측된 IMF 경향은 결정론적 질량 형성 이론 예측과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 고질량 영역(>1 M☉)에서의 IMF 기울기(Γ)는 질량이 크고 밀도가 높은 성단에서 덜 기울어져 있으며, 덜 질량이 많고 흐린 성단보다 기울기가 얕다.
• 성단 총 질량(M_cl)과 최대 항성 질량(M_max) 사이에 명확한 상관관계가 있으며, M_cl이 증가함에 따라 M_max도 증가한다.
• 관측된 M_max–M_cl 관계는 엠레그린(2000), 라슨(2003), 본넬 등(2003), 웨이드너 & 크루파(2004)의 이론 모델과 일치한다.
• 질량이 크고 밀도가 높은 성단은 주로 은하의 내부에 위치해 있으며, 덜 질량이 많고 흐린 성단은 외부 은하에 더 흔하다.
• 관측된 IMF 기울기와 M_max의 변화는 별 형성 과정이 보편적이기보다 국지적 환경 조건에 의해 결정된다는 것을 시사한다.
• 동일한 광학적 조사를 사용함으로써 이전 IMF 연구에서 발생했던 데이터의 이질성 문제를 최소화하였다.