[论文解读] Low Mass Pre-Main Sequence stars in the Large Magellanic Cloud - II: HST-WFPC2 observations of two fields in the 30 Doradus region

M. Romaniello, Salvatore Scuderi+3 more|ArXiv.org|Oct 6, 2005

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 35被引用 7

一句话总结

本研究利用哈勃空间望远镜/WFPC2成像，在大麦哲伦云的30 Doradus区域两个场中识别出低质量预主序（PMS）恒星。研究发现，低质量PMS恒星在空间上与大质量恒星分离，表明不同质量范围的恒星形成过程存在差异，初始质量函数斜率比Salpeter值更陡，恒星形成率密度为0.2–0.4 M☉ yr⁻¹ kpc⁻²。

ABSTRACT

As a part of an ongoing effort to characterise the young stellar populations in the Large Magellanic Cloud, we present HST-WFPC2 broad and narrow band imaging of two fields with recent star formation activity in the Tarantula region. A population of objects with Halpha and/or Balmer continuum excess was identified. On account of the intense Halpha emission (equivalent widths up to several tens of Angstroms), its correlation with the Balmer continuum excess and the stars' location on the HR diagram, we interpret them as low mass (~1-2 Mo) Pre-Main Sequence stars. In this framework, the data show that coeval high and low mass stars have significantly different spatial distributions, implying that star formation processes for different ranges of stellar masses are rather different and/or require different initial conditions. We find that the overall slope of the mass function of the young population is somewhat steeper than the classical Salpeter value and that the star formation density of this young component is 0.2-0.4 Mo/yr/kpc2, i.e. intermediate between the value for an active spiral disk and that of a starburst region. The uncertainties associated with the determination of the slope of the mass function and the star formation density are thoroughly discussed.

研究动机与目标

• 利用高分辨率哈勃空间望远镜成像，识别并表征大麦哲伦云30 Doradus区域中的低质量预主序（PMS）恒星。
• 研究低质量PMS恒星相对于大质量、同年龄恒星的空间分布，以推断恒星形成机制的差异。
• 确定该区域年轻恒星群体的初始质量函数（IMF）斜率和恒星形成率密度。
• 评估在识别PMS恒星过程中选择偏差对所推导IMF斜率和恒星形成率估计的影响。

提出的方法

• 在30 Doradus区域的两个场中进行哈勃空间望远镜/WFPC2的宽波段和窄波段成像，以获得高分辨率测光数据。
• 基于Hα发射和巴尔默连续谱过量，通过颜色过量（m(F675W) − m(F656N)）作为Hα等效宽度的代理进行恒星选择。
• 利用仪器零点和滤波器响应函数，校准Hα等效宽度与观测颜色过量之间的关系。
• 通过赫罗图（HR图）估算恒星质量，将候选体置于主序上方。
• 通过校正完备性和选择效应后的光度函数，推导初始质量函数（IMF）斜率。
• 通过单位面积和时间内的PMS恒星数量估算恒星形成率密度，并通过蒙特卡洛模拟量化不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 30 Doradus区域中的低质量预主序恒星是否表现出与大质量、同年龄恒星不同的空间分布？
• RQ2 大麦哲伦云年轻恒星群体的初始质量函数（IMF）斜率是否比经典的Salpeter值更陡？
• RQ3 在两个观测场中，恒星形成率密度是多少？与旋涡星系和星暴星系相比有何差异？
• RQ4 在识别PMS恒星过程中存在的选择偏差如何影响所推导的IMF斜率和恒星形成率？

主要发现

• 通过强Hα发射（等效宽度达数十Å）和巴尔默连续谱过量，识别出低质量PMS恒星（1–2 M☉），并经由赫罗图上位于主序上方的位置得到确认。
• 低质量PMS恒星的空间分布与大质量恒星显著不同，表明不同质量范围的恒星形成过程或初始条件存在差异。
• 初始质量函数斜率比Salpeter值更陡，表明低质量恒星的相对数量高于经典IMF的预测值。
• 恒星形成率密度估计为0.2–0.4 M☉ yr⁻¹ kpc⁻²，介于典型旋涡星系盘面与星暴星系之间。
• IMF斜率和恒星形成率的不确定性较大，其数值因选择标准不同而有数倍的差异。
• 高、低质量恒星之间观测到的空间分布反相关性表明，IMF可能并非普适函数，而是多种局部过程的涌现平均结果。