[논문 리뷰] The Origin of Massive O-type Field Stars. Part II: Field O stars as runaways

W. J. de Wit, L. Testi외 2명|ArXiv.org|2005. 03. 16.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 141

한 줄 요약

이 연구는 은하수의 거대한 O형 장보기 별이 고립 상태에서 형성되는지 아니면 젊은 산성단에서 역학적으로 분리되는지를 조사한다. 운동학적 자료, 젊은 산성단에 대한 공간적 근접성, 그리고 공간 속도 분석을 통해 43개의 장보기 별 중 22개를 도약 후보로 규명하였으며, O형 별의 4±2%가 산성단 외부에서 형성될 수 있음을 결론 내렸다. 이는 전역적인 산성단 빈도 분포와 비율 지수 β=1.7을 가정한 통계 모델과 일치한다.

ABSTRACT

In two papers we try to confirm that all Galactic high-mass stars are formed in a cluster environment, by excluding that O-type stars found in the Galactic field actually formed there. In de Wit et al. (2004) we presented deep K-band imaging of 5 arcmin fields centred on 43 massive O-type field stars that revealed that the large majority of these objects are single objects. In this contribution we explore the possibility that the field O stars are dynamically ejected from young clusters, by investigating their peculiar space velocity distribution, their distance from the Galactic plane, and their spatial vicinity to known young stellar clusters. We (re-)identify 22 field O-type stars as candidate runaway OB-stars. The statistics show that ~4% of all O-type stars with V < 8 can be considered as formed outside a cluster environment. Most are spectroscopically single objects, some are visual binaries. The derived percentage for O-type stars that form isolated in the field based on our statistical analyses is in agreement with what is expected from calculations adopting a universal cluster richness distribution with power index of beta = 1.7, assuming that the cluster richness distribution is continuous down to the smallest clusters containing one single star.

연구 동기 및 목표

• 은하수의 거대한 O형 장보기 별이 고립 상태에서 형성되는지 아니면 젊은 항성단에서 역학적으로 분리되는지를 시험한다.
• 관측된 장보기 별 집단이 고립 상태에서 형성되는 것이 아니라 역학적 분리 메커니즘에 의해 설명될 수 있는지를 판단한다.
• 산성단 빈도 분포와 항성 초기 질량 함수(IMF)를 모델링하여 고립된 거대 별 형성의 통계적 가능성 평가하기.
• 장보기 별의 관측된 운동학적 및 공간적 성질을 도약성 별에 대한 이론적 기대와 비교한다.
• 고립된 O형 별의 존재가 모든 거대 별이 산성단에서 형성된다는 가정을 도전하는가를 평가한다.

제안 방법

• 43개의 장보기 별에 대한 특이 공간 속도를 계산하기 위해 히파르코스의 운동속도 및 라디얼 속도를 분석한다.
• 기존의 젊은 항성단(연령 <10 Myr)에 대한 공간적 근접성을 평가하여 잠재적 분리 원천을 식별한다.
• 은하수 평면에서의 거리를 역학적 분리 역사에 대한 운동학적 지표로 평가한다.
• 단일 항성단까지 내림내림되는 전역적인 산성단 빈도 분포와 비율 지수 β=1.7 기반의 통계 모델링을 적용한다.
• 초기 질량 함수(IMF)와 산성단 질량 함수를 사용하여 고립된 O형 별의 기대 비율을 예측한다.
• 관측된 장보기 별 통계와 이론적 예측을 비교하여 형성 메커니즘을 추론한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하수 O형 장보기 별의 몇 퍼센트가 고립 상태에서 형성되는 것이 아니라 젊은 산성단에서 역학적으로 분리되는가?
• RQ2 장보기 별의 관측된 운동학적 및 공간적 성질이 역학적 분리 시나리오로 설명될 수 있는가?
• RQ3 고립된 O형 별의 존재는 전역적인 산성단 빈도 분포와 표준 IMF와 통계적으로 일치하는가?
• RQ4 관측된 장보기 별 집단이 거대 별이 전적으로 산성단에서 형성된다는 가정을 얼마나 지지하는가?
• RQ5 산성단 질량 함수와 IMF 조합이 산성단 외부에서 형성된 장보기 별의 수를 어떻게 예측하는가?

주요 결과

• 특이 공간 속도와 젊은 산성단에의 근접성에 기반해 43개의 장보기 별 중 22개가 도약 후보로 규명되었다.
• 산성단 외부에서 형성된 O형 별의 관측 비율은 4±2%이며, 비율 지수 β=1.7를 가진 전역적인 산성단 빈도 분포와 일치한다.
• 통계 모델은 모든 별이 산성단에서 형성된다고 가정하더라도 고립된 거대 별 형성이 희귀한 결과로서 발생할 수 있음을 예측한다.
• 장보기 별 집단은 고립 형성에 강력한 증거를 보이지 않으며, 대부분이 산성단에서 분리된다는 가정을 지지한다.
• 결과는 대마젤란운과 M51와 같은 외부 은하에서 관측된 고립된 거대 별과 일치한다.
• 기울은 장보기 IMF(α_field ≥ 2.8)는 별의 질량 함수와 산성단 크기 함수의 병렬 작용에서 비롯되며, 별 형성 방식의 차이에서 기인하지 않는다.