[論文レビュー] Hubble Tarantula Treasury Project: Unraveling Tarantula's Web. II. Optical and Near Infrared Star Formation History of the Starburst Cluster NGC 2070 in 30 Doradus

M. Cignoni, Elena Sabbi+11 more|arXiv (Cornell University)|May 18, 2015

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 70被引用数 24

ひとこと要約

本研究は、HTTP調査から得られたハッブル宇宙望遠鏡の光学および近赤外光度データを用いて、30ドラドゥスのNGC 2070星団の星形成歴（SFH）を再構築した。最新のPARSEC星の進化モデルに基づく合成CMDと観測された色-等級図（CMD）を比較することで、1〜3 Myr前にピークを迎える長期にわたるSFHが明らかになった。また、7 Myr前に加速が観測され、20 Myr前に活動が増強された。これらの現象は、0.5 M⊙までKroupa型の初期質量関数を維持し、中程度の赤外線減光（E(B−V）≈ 0.3–0.4 mag）のもとで発生した。

ABSTRACT

We present a study of the recent star formation of 30 Doradus in the Large Magellanic Cloud (LMC) using the panchromatic imaging survey Hubble Tarantula Treasury Project (HTTP). In this paper we focus on the stars within 20 pc of the center of the massive ionizing cluster of 30 Doradus, NGC 2070. We recovered the star formation history by comparing deep optical and NIR color-magnitude diagrams (CMDs) with state-of-the-art synthetic CMDs generated with the latest PARSEC models, which include all stellar phases from pre-main sequence to post- main sequence. For the first time in this region we are able to measure the star formation using intermediate and low mass stars simultaneously. Our results suggest that NGC2070 experienced a prolonged activity. In particular, we find that the star formation in the region: i) exceeded the average LMC rate ~ 20 Myr ago; ii) accelerated dramatically ~ 7 Myr ago; and iii) reached a peak value 1-3 Myr ago. We did not find significant deviations from a Kroupa initial mass function down to 0.5 Msun. The average internal reddening E(B-V) is found to be between 0.3 and 0.4 mag.

研究の動機と目的

• 過去50 Myrにわたる、30ドラドゥスの巨大NGC 2070星団の詳細な星形成歴（SFH）を再構築すること。
• ハッブル・タントララ・トレジャリープロジェクト（HTTP）の高分解能・マルチバンド光度データを用いて、30ドラドゥスの中心40 pcにおける星形成活動を解明すること。
• 質量0.5 M⊙までを含む中質量および低質量星の貢献を同時に測定することで、従来の高質量星に限定された研究の限界を克服すること。
• パンクロマチックな手法を用いて、極端な星形成バースト環境における初期質量関数（IMF）と赤外線減光分布を検証すること。
• 既知のSFHと赤外線減光を持つ合成データに本手法を適用することで、再構築手法の妥当性と正確性を検証すること。

提案手法

• 最新のPARSEC星の進化モデル（v1.2S）を用いて、原始星系列から後主系列までの全進化段階を含む合成色-等級図（CMD）を構築する。
• 色と等級の2次元ヒストグラムに基づくCMDのライブラリを作成し、年齢と赤外線減光（E(B−V)）のステップごとに別々のモデルを生成する。
• 人工星テストから得た光度誤差と完全性補正を適用して、合成CMDを実観測条件に合わせて劣化させる。
• 低カウント統計と不適切な逆問題に強い、ハイブリッド遺伝的アルゴリズム（HGA）を用いて、観測CMDとモデルCMDの尤度距離を最小化することで、SFHの回復を実現する。
• フィールド星の汚染を補正するためのリファレンス領域を導入し、尤度モデルにフィールド星の赤外線減光分布を別個の項として組み込む。
• データブートストラップ（統計誤差）と年齢/等級のビン分割の変更（系統誤差）を用いて不確実性を評価し、回復されたSFHにおける信頼性の高い誤差推定を確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 過去50 MyrにわたるNGC 2070の詳細な星形成歴は何か。特に星形成エピソードのタイミングと持続時間は？
• RQ2 中質量および低質量星（0.5 M⊙まで）の貢献は、高質量星の貢献と比べて、観測されたCMDにどのように影響しているか？
• RQ3 NGC 2070における初期質量関数（IMF）は、Kroupa型またはSalpeter型と一致しているか。特に0.5 M⊙までに顕著なずれは認められるか？
• RQ4 NGC 2070の中心領域における平均内部赤外線減光（E(B−V)）は何か。空間的にどのように変化するか？
• RQ5 実際の光度誤差と不完全性を考慮したパンクロマチックなCMDモデリング手法を用いることで、SFHと赤外線減光分布はどの程度正確に回復できるか？

主な発見

• NGC 2070は約20 Myr前に星形成活動が著しく増加しており、当時のLMCの平均星形成率を上回った。
• 7 Myr前に星形成が急激に加速しており、現在のピークに至る前の主要なバースト期を示している。
• 星形成率は過去1〜3 Myrの間に最大値に達しており、R136スーパー星団の形成時期と一致している。
• NGC 2070における初期質量関数（IMF）は、0.5 M⊙までKroupa型と一致しており、顕著なずれは検出されなかった。
• クラスタ内の平均内部赤外線減光は0.3〜0.4 magの間であり、モデルの信頼性を支持する分布であった。
• テストケースとして合成SFHと赤外線減光分布を用いた手法の適用により、有限の時間分解能と逆問題の課題を克服しながらも、SFH回復手法の妥当性が確認された。