[논문 리뷰] Cygnus OB2 - a young globular cluster in the Milky Way

J. Knödlseder|arXiv (Cornell University)|2000. 07. 28.

Astrophysics and Star Formation Studies인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 2MASS 적외선 데이터를 사용하여 은하수의 Cygnus OB2를 젊은 구형별집단으로 재분류한다. 이는 2600±400개의 OB 항성과 120±20개의 O 항성으로 구성된 구형 대칭 연합을 드러내며, 총 질량은 (4–10)×10⁴ M☉이고 중심 밀도는 40–150 M☉ pc⁻³이다. 이는 이전에 일반적인 OB 연합으로 분류되었지만, 극도의 흡착으로 인해 광학 관측에서 그 진짜 크기와 풍부함이 가려져 있었기 때문이다.

ABSTRACT

The morphology and stellar content of the Cygnus OB2 association has been determined using 2MASS infrared observations in the J, H, and K bands. The analysis reveals a spherically symmetric association of 2 deg in diameter with a half light radius of 13', corresponding to Rh = 6.4 pc at an assumed distance of 1.7 kpc. The interstellar extinction for member stars ranges from Av = 5m to 20m, which led to a considerable underestimation of the association size and richness in former optical studies. From the infrared colour-magnitude diagram, the number of OB member stars is estimated to 2600 +/- 400, while the number of O stars amounts to 120 +/- 20. This is the largest number of O stars ever found in a galactic massive star association. The slope of the initial mass function has been determined from the colour-magnitude diagram to Gamma=-1.6 +/- 0.1. The total mass of Cyg OB2 is estimated to (4-10)*10^4 Msol, where the primary uncertainty comes from the unknown lower mass cut-off. Using the radial density profile of the association, the central mass density is determined to rho0=40-150 Msol pc^-3. Considering the mass, density, and size of Cyg OB2 it seems untenable to classify this object still as OB association. Cygnus OB2 more closely resembles a young globular cluster like those observed in the Large Magellanic Cloud or in extragalactic star forming regions. It is therefore suggested to re-classify Cygnus OB2 as young globular cluster - an idea which goes back to Reddish et al. (1966). Cygnus OB2 would then be the first object of this class in the Milky Way.

연구 동기 및 목표

• 극도의 간섭성으로 인해 광학 관측에서 과소평가된 Cygnus OB2의 형태와 항성 구성 재평가.
• 2MASS 조사의 적외선 광도 측정을 통해 Cygnus OB2의 진짜 크기, 질량, 초기 질량 함수를 규명하는 것.
• 물리적 성질을 바탕으로 Cygnus OB2가 일반적인 OB 연합에서 젊은 구형별집단으로 재분류되어야 하는지 평가하는 것.
• -dust 흡착이 광학 항성 수세기의 편향을 초래하는 정도를 정량화하고, 은하수의 은폐된 대량 항성계를 연구하는 데서 적외선 데이터의 우수성을 입증하는 것.

제안 방법

• Cygnus OB2 중심을 기준으로 한 2°45′ 분야 내 항성의 광도 데이터를 확보하기 위해 2MASS 점원자료(2MASS Point Source Catalogue, PSC)의 J, H, K 대역 데이터를 활용.
• 적색변화 독립 선택 방법을 적용하기 위해, 명칭 등급과 색을 관계 K = M_K + DM + A_K 및 A_K = 0.66 × E(J-K)를 사용해 내재적 magnitude-color 공간으로 변환.
• 실제 관측된 색-등급도를 사용하여 주계열 및 초기형 항성을 식별하기 위해 K 대비 J-K 평면의 색-등급도(CMD)를 구성하고, 경험적 보정을 통해 흡착을 보정.
• Vacca 등(1996), Wegner(1994), Koornneef(1983)의 스펙트럼형-절대등급 및 색 관계를 사용하여 내재적 등급과 색을 유도.
• Schaerer & de Koter(1997) 및 Schmidt-Kaler(1982)의 질량-광도 관계를 적용하여 K-대역 절대등급에서 항성 질량을 추정.
• 반경 밀도 프로파일을 피팅하여 중심 질량 밀도를 유도하고, 이론적 기대와 초기 질량 함수 기울기를 비교.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 적외선 데이터를 사용해 먼지 흡착을 보정한 후, Cygnus OB2의 진짜 크기와 형태는 어떻게 되는가?
• RQ2 Cygnus OB2에는 얼마나 많은 OB 및 O형 항성이 존재하는가? 이는 총 질량과 진화 상태에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ3 높은 중심 밀도와 질량 분포가 Cygnus OB2를 일반적인 OB 연합이 아니라 젊은 구형별집단으로 재분류하는 데 어떤 지원을 하는가?
• RQ4 Cygnus OB2의 초기 질량 함수(IMF) 기울기는 얼마이며, 표준 IMF 모델과 비교해보면 어떠한가?
• RQ5 은하간 흡착이 광학 관측에서 Cygnus OB2와 같은 대량 항성 연합의 진짜 범위와 풍부함을 식별하는 데 얼마나 큰 편향을 초래하는가?

주요 결과

• Cygnus OB2는 약 2°의 직경과 반광반경 13′(거리 1.7 kpc에서 6.4 pc에 해당)를 지닌 구형 대칭 형태를 띤다.
• 이 연합에는 약 2600±400개의 OB 항성과 120±20개의 O 항성이 포함되어 있으며, 이는 은하계 내 대량 항성 연합에서 관측된 O 항성 수의 최대치이다.
• 초기 질량 함수 기울기는 Γ = -1.6 ± 0.1로 추정되어 고질량 영역에서 상대적으로 급격한 분포를 나타낸다.
• Cygnus OB2의 총 질량은 (4–10)×10⁴ M☉로 추정되며, 주요 불확실성은 알려지지 않은 저질량 절단값에 기인한다.
• 중심 질량 밀도는 40–150 M☉ pc⁻³로, 일반적인 OB 연합이 아닌 젊은 구형별집단에서 관찰되는 값이다.
• 높은 질량, 밀도, 구조적 특성으로 인해 이 논문은 Cygnus OB2가 젊은 구형별집단으로 재분류되어야 한다고 주장하며, 이는 은하수 내에서 처음으로 식별된 사례이다.