[논문 리뷰] Spectroscopic characterization of the known O-star population in Cygnus OB2. Evidence of multiple star-forming bursts

S. R. Berlanas, A. Herrero외 7명|LA Referencia (Red Federada de Repositorios Institucionales de Publicaciones Científicas)|2020. 08. 22.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 22인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 시리우스 복합성에 있는 O형 항성에 대한 가장 광범위한 스펙트로스코픽 조사 결과를 바탕으로, 광학 스펙트로스코피와 가이아 DR2 천체측량 자료를 활용하여 약 3백만 년과 약 5백만 년 전에 두 번의 주요 별 형성 폭발이 있었다고 밝혔다. 두 개의 새로운 이중성계를 규명하였으며, 히르츠프룽-루셀 다이어그램과 스펙트로스코픽 히르츠프룽-루셀 다이어그램을 통해 정밀한 항성 파라미터와 진화 상태를 도출하였고, 구도적 탈출 또는 초신성 킥의 증거를 구운 이주성 후보자 9명에게서 발견하여 이 지역의 복잡한 형성 역사를 부각시켰다.

ABSTRACT

Cygnus OB2 provides a unique insight into the high-mass stellar content in one of the largest groups of young massive stars in our Galaxy. Although several studies of its massive population have been carried out over the last decades, an extensive spectroscopic study of the whole known O-star population in the association is still lacking. In this work, we created the most complete spectroscopic census of O stars carried out so far in Cygnus OB2 using already existing and new spectroscopy. We present the spectra for 78 O-type stars, from which we identify new binary systems, obtain the distribution of rotational velocities, and determine the main stellar parameters for all the stars in the region that have not been detected as double-line spectroscopic binaries. We also derive radii, luminosities, and masses for those stars with reliable Gaia astrometry, in addition to creating the Hertzsprung-Russell Diagram to interpret the evolutionary status of the association. This work has shown the improvement reached when using accurate spectroscopic parameters and astrometry for the interpretation of the evolutionary status of a population, revealing, in the case of Cygnus OB2, at least two star-forming bursts at $\sim$3 and $\sim$5 Myr. We find an apparent deficit of very fast rotators in the distribution of rotational velocities. The inspection of the dynamical distribution of the sample has allowed us to identify nine O stars with peculiar proper motions and discuss a possible dynamical ejection scenario or past supernova explosions in the region.

연구 동기 및 목표

• 기존 문헌의 격차를 메우기 위해 시리우스 복합성에 알려진 모든 O형 항성에 대한 완전한 스펙트로스코픽 특성 분석을 수행하는 것.
• 신뢰할 수 있는 가이아 DR2 천체측량 자료를 바탕으로 고립된 O형 항성의 효과적 온도, 광도, 질량, 반지름, 회전 속도 등의 정확한 항성 파라미터를 결정하는 것.
• 히르츠프룽-루셀 다이어그램(HRD)과 스펙트로스코픽 HRD(sHRD)를 활용하여 연합의 진화 상태를 조사하고 별 형성 시기의 정점을 규명하는 것.
• 인구의 구도적 상태를 검토하고, 이주성 항성 또는 초신성 킥이나 구도적 탈출에 영향을 받은 시스템을 식별하는 것.
• 고해상도 스펙트로스코피와 정밀한 천체측량 자료를 융합하여 고질량, 은폐된 영역에서의 대량 항성 형성 이해를 향상시키는 것.

제안 방법

• 시리우스 복합성의 78개의 O형 항성에 대한 기존 및 신규 광학 스펙트로스코피를 활용하여 정량적 스펙트로스코픽 분석을 수행하였다.
• 스펙트럼 분석에 iacob-broad 및 iacob-gbat 자동화된 도구를 적용하였으며, 이는 FASTWIND 항성 대기 모델에 의해 校정되었다.
• 정확한 광도, 반지름, 질량 추정을 위해 $Gaia$의 두 번째 데이터 릴리스(DR2) 천체측량 자료를 통합하여 거리, 천체측량 각도, 자기운동을 유도하였다.
• 고전적 HRD와 스펙트로스코픽 HRD(sHRD)를 모두 구성하여 진화 상태의 일관성을 비교하고 두 방법 간의 일致성을 검증하였다.
• 라디얼 속도 변화를 통해 이중성계를 식별하였고, SB2 시스템은 주요 파라미터 분석에서 제외하였다.
• 공간 분포와 자기운동 분포를 분석하여 이주성 후보자들을 식별하고, 구도적 비정상성 또는 팽창/수축 패턴을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 시리우스 복합성의 O형 항성들 사이에서의 회전 속도 분포는 어떻게 되며, 다른 영역과 비교해 볼 때 어떠한가?
• RQ2 시리우스 복합성에서 주요 별 형성 시기는 언제였으며, 다수의 폭발을 뒷받침하는 증거는 무엇인가?
• RQ3 HRD에서 유도된 항성 파라미터와 sHRD에서 유도된 파라미터 간의 비교는 어떻게 되며, 이는 진화 모델링에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 어느 O형 항성이 이례적인 자기운동을 보이며, 이는 구도적 탈출 또는 과거 초신성 킥을 시사하는가?
• RQ5 이 지역의 이중성계는 초기 구도적 성질을 얼마나 오랫동안 유지하는가, 그리고 이는 운동학적 비정상성의 해석에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 이 연구는 현재까지 시리우스 복합성의 O형 항성에 대한 가장 완전한 스펙트로스코픽 조사 결과를 제시하였으며, 78개의 O형 항성을 포함하고 있으며, 두 개의 새로운 이중성계가 규명되었다.
• 회전 속도 분포는 매우 빠른 회전을 보이는 항성의 부족을 보이며, 빠른 회전 항성의 짧은 尾음은 추가 조사가 필요하다.
• 시리우스 복합성의 별 형성은 약 3백만 년과 5백만 년 전에 두 번의 주요 폭발로 발생하였으며, 가장 뜨거운 항성을 포함하는 약 150만 년 전의 가능한 세 번째, 더 작은 폭발이 존재할 가능성도 제기된다.
• sHRD에서 유도된 항성 질량는 고전적 HRD에서 유도된 값보다 체계적으로 높게 나타나, sHRD를 질량 추정에 사용할 경우 검증 없이 경계를 두어야 함을 시사한다.
• 9개의 O형 항성이 이례적인 자기운동을 보이며, 이는 구도적 탈출 또는 과거 초신성 킥의 가능성을 시사한다. 이는 이중성계가 전반적인 자기운동 경향을 공유하고 있음을 고려할 때 뒷받침된다.
• 연합은 팽창이나 수축의 증거를 보이지 않지만, 공간적으로 비정상적인 하위조직화되어 있으며, O형 항성 인구에 명백한 구도적 진화 패턴은 관찰되지 않는다.