[논문 리뷰] The Villafranca catalog of Galactic OB groups. II. From Gaia DR2 to EDR3 and ten new systems with O stars

J. Maíz Apellániz, R. H. Barbá외 5명|arXiv (Cornell University)|2021. 10. 04.

Astronomy and Astrophysical Research참고 문헌 6인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 Gaia EDR3 천체측위 및 광도 측정값과 GOSSS 및 LiLiMaRlin의 고해상도 분광학 데이터를 융합하여 은하수 OB 군집 목록을 재검토하여 1 kpc 이내에서 거리 정밀도가 1% 미만이 되도록 하였다. 10개의 새로운 O형 항성계를 규명하고, 정점 질량 함수를 갖는 고립된 산란성 군집을 확인하였으며, 주계열 이전 등각선 피팅을 통해 네 개의 젊은 군집의 정밀한 연령과 질량 함수 제약 조건을 도출하였다.

ABSTRACT

CONTEXT. This is the second paper of a series on Galactic OB groups that uses astrometric and photometric data from Gaia and spectral classifications from GOSSS and LiLiMaRlin. The previous paper was based on Gaia DR2, this is based on Gaia EDR3. AIMS. The two aims of this paper are to revise the results for the sample from paper I using Gaia EDR3 data and to expand the sample of analyzed stellar groups to 26, from Villafranca O-001 to Villafranca O-026. METHODS. We use GOSSS to select Galactic stellar groups with O stars and an updated version of the method in paper 0 of this series, combining Gaia EDR3 G+GBP+GRP photometry, positions, proper motions, and parallaxes to assign memberships and measure distances. We present 99 spectra from GOSSS and 32 from LiLiMaRlin for stars in the analyzed groups or in their foreground. RESULTS. We derive distances to the 26 stellar groups with unprecedented precision and accuracy, with total uncertainties <1% within 1 kpc and of ~3% around 3 kpc, values that are almost 4x better than for Gaia DR2. We provide homogeneous spectral types for 110 stars and correct a number of errors in the literature, especially for objects in the Orion nebula cluster. For each of the groups we discuss its membership and present possible runaway/walkaway stars. At least two groups, Villafranca O-O12 S and Villafranca O-014 NW, are orphan clusters in which the most massive stars have been ejected by dynamical interactions, leaving objects with a capped mass function. The existence of such clusters has important consequences for the study of the IMF, the distribution of SNe across the Galaxy, and the population and dynamics of isolated compact objects. We fit PMS isochrones to four clusters to derive ages of 2.0$\pm$0.5 Ma for the sigma Orionis cluster, 4$\pm$2 Ma for NGC 2264, 5.0$\pm$0.5 Ma for NGC 2362, and 8$\pm$2 Ma for the gamma Velorum cluster. [ABRIDGED]

연구 동기 및 목표

• 개선된 Gaia EDR3 천체측위 및 광도 측정값을 사용하여 Villafranca의 은하수 OB 군집 목록을 갱신한다.
• O형 항성계를 포함한 총 26개의 천체군집으로 샘플을 확장한다.
• 천체측위 및 분광학적 데이터를 융합하여 OB 군집의 정밀한 거리와 스펙트럼 유형을 도출한다.
• 젊은 군집의 초기 질량 함수(IMF) 및 천체역학적 진화를 연구하며, 특히 정점 질량 함수를 갖는 고립된 군집에 초점을 맞춘다.
• 은하수 폭발 및 항성 탈출이 군집 질량 함수 및 밀집 천체 집단에 미치는 영향을 평가한다.

제안 방법

• Gaia EDR3의 G, G_BP, G_RP 광도 측정값, 위치, 운동량, 및 천체측위를 활용하여 개선된 소속 및 거리 추정 방법을 적용하였다.
• Galactic O-Star Spectroscopic Survey(GOSSS)와 LiLiMaRlin의 데이터를 융합하여 26개 군집에 속한 141개 항성의 스펙트럼 분류를 수행하였다.
• 색-등급도(CMD)에 주계열 이전(PMS) 등각선을 피팅하여 연령와 불확실성을 도출하였다.
• 관측된 2–50 M_⊙ 및 8–50 M_⊙ 항성의 수와 비교하기 위해 Kroupa 초기 질량 함수(IMF)를 기준으로 삼았다.
• 운동학 분석과 천체측위 품질 플래그(RUWE > 1.4 또는 σ_ext>0.1 mas)를 활용하여 도약성 항성 및 이격성 항성을 식별하였다.
• 특히 오리온 성운 집단(Villafranca O-023)에 속한 항성의 문헌 스펙트럼 유형을 보정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Gaia EDR3 데이터를 활용하여 26개의 은하수 OB 군집에 대한 최신 거리와 소속 확률은 무엇인가?
• RQ2 젊은 군집의 관측된 초기 질량 함수(IMF)는 일반적인 Kroupa IMF와 어떻게 비교되는가, 특히 저질량 체계에서의 비교는 어떻게 되는가?
• RQ3 정점 질량 함수를 갖는 고립된 군집 존재에 대한 증거는 무엇이며, 그 천체역학적 함의는 무엇인가?
• RQ4 주계열 이전 등각선 피팅이 σ Ori 및 NGC 2264와 같은 젊은 군집의 연령 제약 조건에 어떻게 기여하는가?
• RQ5 은하수 폭발 및 항성 탈출이 NGC 2467 및 북아메리카 성운과 같은 군집에서 관측된 질량 함수 절단 현상에 얼마나 기여하는가?

주요 결과

• 26개의 OB 군집에 대한 거리는 1 kpc 이내에서는 총 오차가 1% 미만이며, 3 kpc에서는 약 3% 수준이었으며, Gaia DR2 대비 약 4배 향상된 정밀도를 보였다.
• σ Ori 군집(Villafranca O-026)의 연령은 주계열 이전 등각선 피팅을 통해 색-등급도에 기반하여 2.0 ± 0.5 Ma로 결정되었다.
• NGC 2264 군집(Villafranca O-016)의 연령은 4 ± 2 Ma로 평가되었으며, 관측된 색-등급도와 일치하는 주계열 이전 등각선 피팅 결과를 보였다.
• NGC 2362 군집(Villafranca O-021)의 연령은 5.0 ± 0.5 Ma였으며, 8–50 M_⊙ 항성의 질량 함수 수치는 Kroupa IMF와 1σ 범위 내에서 일치하였다.
• γ Velorum 군집(Villafranca O-024)의 연령은 8 ± 2 Ma였으며, Kroupa IMF 대비 다소 높은 질량이 큰 항성(8–50 M_⊙ 범위에서 4개)의 비율을 보여, 확률적 IMF 효과를 시사하였다.
• 두 군집—NGC 2467의 Villafranca O-012 S와 북아메리카 성운의 O-014 NW—는 거대 항성의 천체역학적 탈출로 인해 형성된 고립된 군집으로 추정되며, 정점 질량 함수를 갖는다.