[论文解读] Stellar population of the superbubble N206 in the LMC II. Parameters of the OB and WR stars, and the total massive star feedback

V. Ramachandran, W.‐R. Hamann+6 more|Lirias (KU Leuven)|Feb 21, 2018

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 104被引用 14

一句话总结

本研究利用PoWR模型大气和多目标VLT/FLAMES数据，对大麦哲伦云中N206超泡内的164颗OB星和两对WR双星进行了全面的光谱分析。结果表明，三颗极高质量的Of星主导了电离和机械反馈，过去5 Myr内的总能量输入超过当前X射线超泡能量的五倍，暗示存在显著的热气体泄漏，并在30 Myr内经历了连续的恒星形成，当前恒星形成速率为2.2×10⁻³ M☉ yr⁻¹。

ABSTRACT

Clusters or associations of early-type stars are often associated with a 'superbubble' of hot gas. The formation of such superbubbles is caused by the feedback from massive stars. The complex N206 in the Large Magellanic Cloud exhibits a superbubble and a rich massive star population. We observed these massive stars using the FLAMES multi-object spectrograph at ESO-VLT. Available UV spectra from HST, IUE, and FUSE are also used. The spectral analysis is performed with Potsdam Wolf-Rayet (PoWR) model atmospheres. We present the stellar and wind parameters of the OB stars and the two WR binaries in the N206 complex. Twelve percent of the sample show Oe/Be type emission lines, although most of them appear to rotate far below critical. We found eight runaway stars based on their radial velocity. The wind-momentum luminosity relation of our OB sample is consistent with the expectations. The HRD of the OB stars reveals a large age spread (1-30 Myr), suggesting different episodes of star formation in the complex. The youngest stars are concentrated in the inner part of the complex, while the older OB stars are scattered over outer regions. We derived the present day mass function for the entire N206 complex as well as for the cluster NGC2018. Three very massive Of stars are found to dominate the feedback among 164 OB stars in the sample. The two WR winds alone release about as much mechanical luminosity as the whole OB star sample. The cumulative mechanical feedback from all massive stellar winds is comparable to the combined mechanical energy of the supernova explosions that likely occurred in the complex. Accounting also for the WR wind and supernovae, the mechanical input over the last five Myr is ~$2.3 imes10^{52}$ erg, which exceeds the current energy content of the complex by more than a factor of five. The morphology of the complex suggests a leakage of hot gas from the superbubble.

研究动机与目标

• 利用高分辨率光谱学量化大麦哲伦云N206超泡内大质量恒星的恒星与风参数。
• 通过与观测到的超泡能量含量进行比较，评估大质量恒星——电离辐射、恒星风和超新星——的总反馈。
• 利用赫罗图和OB星的径向速度分布重建N206复合体的恒星形成历史。
• 确定N206复合体及其子结构NGC 2018的当前质量函数和恒星形成速率。
• 通过详细的双星分析，研究两对WR双星的演化状态和风特性，特别是WC4+O9系统。

提出的方法

• 利用VLT/FLAMES的高分辨率紫外和光学数据以及档案紫外光谱，对N206复合体中的OB星和WR星进行光谱分析。
• 采用波恩-沃尔夫-雷特（Potsdam Wolf-Rayet, PoWR）模型大气合成谱能分布，并与观测谱线匹配。
• 测量径向速度以识别逃逸星，并推断恒星群体的动力学特性。
• 利用推导出的恒星参数构建赫罗图（HRD），以推断年龄分布和恒星形成历史。
• 通过光谱和演化模型计算电离光子通量（Q₀）和恒星风的机械光度（L_mec）。
• 通过积分风和超新星贡献，估算过去5 Myr内累积的机械反馈能量，并与观测到的X射线能量含量进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 N206超泡中的OB星和WR星的恒星与风参数是什么？它们与理论预期相比如何？
• RQ2 N206中的大质量恒星集体驱动超泡能量学的程度如何？与观测到的X射线能量含量相比如何？
• RQ3 N206复合体的恒星形成历史是什么？是否存在连续或周期性恒星形成的证据？
• RQ4 单个大质量恒星（尤其是最明亮的恒星）的反馈贡献与系统总能量预算相比如何？
• RQ5 恒星风和超新星的机械能量输入是多少？是否超过当前储存在X射线超泡中的能量？

主要发现

• N206复合体中所有大质量恒星的总电离光子通量为Q₀ ≈ 5×10⁵⁰ s⁻¹，其中三颗极高质量的Of星贡献了超过60%的该通量。
• 所有164颗OB星的恒星风机械光度为L_mec = 1.7×10³⁸ erg s⁻¹，而两对WR双星的机械光度与整个OB星样本相当。
• 过去5 Myr内，OB星累积的机械反馈能量约为1.3×10⁵² erg，超过当前X射线超泡能量含量的五倍以上。
• 过去5 Myr内，OB星、WR星和超新星的总能量输入估计约为2.3×10⁵² erg，显著超过X射线泡中储存的能量。
• 超泡的X射线光度仅占当前恒星风机械光度的0.4%，表明相对于风能输入，X射线发射极弱。
• N206复合体的形态特征显示，X射线超泡未被分子气体完全包围，暗示可能存在热气体泄漏，与能量预算失衡一致。