[论文解读] Kinematics of the Central Stars Powering Bowshock Nebulae and the Large Multiplicity Fraction of Runaway OB Stars

Henry A. Kobulnicky, William T. Chick|arXiv (Cornell University)|Jun 18, 2022

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 112被引用 9

一句话总结

本研究利用盖亚 EDR3 和新的光谱观测数据，分析了弓形激波星云（SBNe）中心星的运动学特性和多重性，发现 SBNe 中心星的多重性分数高达 36±6%，投影速度中位数为 14.6 km s⁻¹。结果支持动力学抛射是逃逸 OB 星主要起源机制，其中 24% 被归类为逃逸星，且识别出两个具有不同形态-运动学特性的群体。

ABSTRACT

OB stars powering stellar bowshock nebulae (SBNe) have been presumed to have large peculiar velocities. We measured peculiar velocities of SBN central stars to assess their kinematics relative to the general O star population using $Gaia$ EDR3 data for 267 SBN central stars and a sample of 455 Galactic O stars to derive projected velocities $v_{ m 2D}$. For a subset of each sample we obtained new optical spectroscopy to measure radial velocities and identify multiple-star systems. We find a minimum multiplicity fraction of 36$\pm$6% among SBN central stars, consistent with $>$28% among runaway Galactic O stars. The large multiplicity fraction among runaways implicates very efficient dynamical ejection rather than binary-supernova origins. The median $v_{ m 2D}$ of SBN central stars is $v_{ m 2D}$=14.6 km s$^{-1}$, larger than the median $v_{ m 2D}$=11.4 km s$^{-1}$ for non-bowshock O stars. Central stars of SBNe have a runaway ($v_{ m 2D}$$>$25 km s$^{-1}$) fraction of 24$^{+9}_{-7}$%, consistent with the 22$^{+3}_{-3}$% for control-sample O stars. Most (76%) of SBNe central stars are not runaways. Our analysis of alignment ($\Delta_{ m PA}$) between the nebular morphological and $v_{ m 2D}$ kinematic position angles reveals two populations: a highly aligned ($\sigma_{PA}$=25$^\circ$) population that includes stars with the largest $v_{ m 2D}$ (31% of the sample) and a random (non-aligned) population (69% of the sample). SBNe that lie within or near HII regions comprise a larger fraction of this latter component than SBNe in isolated environments, implicating localized ISM flows as a factor shaping their orientations and morphologies. We outline a new conceptual approach to computing the Solar LSR motion, yielding [U$_\odot$, V$_\odot$, W$_\odot$]= [5.5, 7.5, 4.5] km s$^{-1}$.

研究动机与目标

• 利用盖亚 EDR3 数据测量弓形激波星云（SBNe）中心星的本征速度。
• 通过新的光学光谱观测，确定 SBNe 中心星的多重性分数。
• 将 SBNe 中心星的运动学与形态学特性与对照 O 型星样本进行比较。
• 评估动力学抛射与双星超新星机制在产生逃逸 OB 星中的作用。
• 研究星云形态与运动学位置角之间的对齐关系，以理解星际介质（ISM）对星云结构的影响。

提出的方法

• 利用盖亚 EDR3 的天体测量数据，为 267 颗 SBNe 中心星和 455 颗银河系对照 O 型星推导出投影二维速度（v₂D）。
• 开展新的光学光谱观测，测量径向速度，并识别子样本中多重星系统。
• 从自行和径向速度计算运动学位置角（P Ak），并与星云形态学位置角（P Am）比较，计算角度偏移 ∆PA。
• 将 v₂D > 25 km s⁻¹ 的恒星定义为逃逸星，并计算带有置信区间的逃逸星比例。
• 根据 ∆PA 分布，将恒星划分为对齐（σPA ≈ 25°）和非对齐（σPA ≈ 69°）群体。
• 提出一种新方法计算太阳相对于本地标准参考系（LSR）的运动，得到 [U⊙, V⊙, W⊙] = [5.5, 7.5, 4.5] km s⁻¹。

实验结果

研究问题

• RQ1 弓形激波星云中心星的多重性分数是多少？与更广泛的 O 型星群体相比有何差异？
• RQ2 SBNe 中心星中有多大比例是逃逸星（v₂D > 25 km s⁻¹）？与对照 O 型星相比如何？
• RQ3 SBNe 中心星的运动学位置角与其星云形态学位置角的对齐程度如何？这对 ISM 的影响意味着什么？
• RQ4 基于运动学与多重性数据，动力学抛射与双星超新星抛射在产生逃逸 OB 星中的作用分别是什么？
• RQ5 能否基于 SBNe 和 O 型星运动学的新概念方法，重新估算太阳相对于本地标准参考系的运动？

主要发现

• SBNe 中心星的多重性分数超过 36% ± 6%，表明多重系统普遍存在。
• SBNe 中心星的中位投影速度（v₂D）为 14.6 km s⁻¹，显著高于非弓形激波 O 型星的 11.4 km s⁻¹ 中位数。
• 24% 的 SBNe 中心星被归类为逃逸星（v₂D > 25 km s⁻¹），90% 置信区间为 24+9−7%，与对照 O 型星样本中 22+3−3% 的逃逸星比例一致。
• 76% 的 SBNe 中心星不是逃逸星，表明大多数弓形激波星云形成于低速环境。
• ∆PA（星云形态与运动学位置角之间的夹角）分布揭示出两个明显不同的群体：高度对齐群体（σPA = 25°），占样本的 31%；随机（非对齐）群体（69%），后者在 H II 区附近的星云中更为丰富。
• 位于或靠近 H II 区的 SBNe 更可能属于非对齐群体，表明局部 ISM 流动塑造了其形态与取向。