[論文レビュー] Dense Stellar Populations: Initial Conditions

Pavel Kroupa|arXiv (Cornell University)|Mar 12, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用数 45

ひとこと要約

本論文は、観測的制約に基づいて普遍的な初期質量関数（IMF）および初期連星集団を定義することにより、N体シミュレーションにおける密集した星集団の初期化を統一的な枠組みで確立する。星集団の誕生時における性質が環境に依存しない、驚くほど普遍的であることが示され、雲の性質に顕著な依存性は認められないが、銀河中心や超コンパクト矮星銀河のような極端な状況では可能性がある。

ABSTRACT

This chapter is based on four lectures given at the Cambridge N-body school "Cambody". The material covered includes the IMF, the 6D structure of dense clusters, residual gas expulsion and the initial binary population. It is aimed at those needing to initialise stellar populations for a variety of purposes (N-body experiments, stellar population synthesis).

研究の動機と目的

• 観測に基づいた実際的な初期条件を、密集した星系のN体シミュレーションに定義すること。
• 初期集団と誕生時集団の曖昧さを解消し、急速な物理的過程と動的進化を区別すること。
• 初期質量関数（IMF）および連星集団が、さまざまな星形成環境において普遍的かどうかを検証すること。
• 初期条件が長期的な集団進化および銀河構造に与える影響を定量化すること。
• 初期星集団の完全な解を同定することで、逆動的集団合成問題を解決すること。

提案手法

• 埋め込まれた集団に関する観測的制約を用い、プラマーやキングモデルを用いて6次元位相空間構造（位置および速度）を定義する。
• 標準的なIMF（サルペター型）を用い、非常に低質量星および白色矮星に対しても拡張し、複合集団にはIGIMFを適用する。
• 初期連星集団の性質を、初期連星普遍性仮説に基づき定義し、周期および質量比分布が星の質量に依存しないように設定する。
• 連続的分布関数から現実的なN体初期条件を生成するための離散化スキームを導入する。
• 数値的シミュレーションを用い、普遍的なIMFおよび連星法則から導かれる初期条件が、観測された場の星および集団の性質を再現できるかをテストする。
• エネルギーおよび密度の制約（例：$E_{\rm bin} \approx E_{\rm k}$）を用い、質量星が特定の軌道パラメータを有する密なコアで形成されることをテストする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 初期質量関数（IMF）および連星集団の性質は、さまざまな星形成環境において普遍的か？
• RQ2 初期条件（特にIMFおよび連星分布）が、密集した星系の長期的進化にどの程度影響を与えるか？
• RQ3 若年集団における観測された連星率および速度分散は、環境依存性のない普遍的な初期連星集団によって説明可能か？
• RQ4 若年集団における観測された乳児期死亡率および質量分離の背後にある物理的メカニズムは何か？
• RQ5 星集団の普遍的な初期状態が存在し、逆動的集団合成問題の解として機能可能か？

主な発見

• 初期質量関数（IMF）は、観測された環境全域で普遍的であり、雲の性質に顕著な依存性は認められないが、極端な潮汐的または高密度環境では可能性がある。
• 初期連星集団は普遍的な分布に従い、周期および質量比分布は星の質量に依存しない。これは初期連星普遍性仮説を支持する。
• 若年集団における高い乳児期死亡率および質量分離は、普遍的な初期条件のもとで、密な埋め込み集団からの急速なガス放出によって自然に説明できる。
• 埋め込み集団からT型またはOB連星への移行はガス放出によって駆動され、質量が$\sim 10^6\,M_\odot$を超える集団は、球状星団の残骸へと進化する。
• 理論的制約から、コア密度に一致させるためには、質量連星がコンパクトでなければならない（$a < r_c / N_{\rm OB}^{1/3}$）と示唆され、普遍的な初期連星構造を支持する。
• IMFまたは連星集団の環境依存性についての決定的証拠は得られず、銀河中心や超コンパクト矮星銀河のような極端な状況を除き、環境調節仮説は反証された。