[論文レビュー] The Tarantula Massive Binary Monitoring: I. Observational campaign and OB-type spectroscopic binaries

L. A. Almeida, H. Sana+25 more|White Rose Research Online (University of Leeds, The University of Sheffield, University of York)|Oct 11, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 45被引用数 55

ひとこと要約

本研究では、2013年から2014年にかけてVLTのFLAMES/GIRAFFEを用いて32回の観測を通じて、30 Doradus領域の102個の質量の大きな連星系に対する最初の包括的な径速度モニタリングを実施し、82系統の軌道解を導出（うち51系統がSB1、31系統がSB2）。この結果、大型マゼラン雲における軌道周期分布は、銀河系と顕著に類似しており、金属量の違いにもかかわらず、質量の大きな連星系の性質に環境的要因の影響がほとんどないことを示唆している。

ABSTRACT

Massive binaries (MBs) play a crucial role in the Universe. Knowing the distributions of their orbital parameters (OPs) is important for a wide range of topics, from stellar feedback to binary evolution channels, from the distribution of supernova types to gravitational wave progenitors, yet, no direct measurements exist outside the Milky Way. The Tarantula Massive Binary Monitoring was designed to help fill this gap by obtaining multi-epoch radial velocity monitoring of 102 MBs in the 30 Dor. In this paper, we analyse 32 VLT/FLAMES observations of 93 O- and 7 B-type binaries. We performed a Fourier analysis and obtained orbital solutions for 82 systems: 51 single- and 31 double-lined spectroscopic binaries. Overall, the OPs and binary fraction are remarkably similar across the 30 Dor region and compared to existing Galactic samples (GSs). This indicates that within these domains environmental effects are of second order in shaping the properties of MBs. A small difference is found in the distribution of orbital periods (OrbPs), which is slightly flatter (in log space) in 30 Dor than in the Galaxy, although this may be compatible within error estimates and differences in the fitting methodology. Also, OrbPs in 30 Dor can be as short as 1.1 d; somewhat shorter than seen in GSs. Equal mass binaries q>0.95 in 30 Dor are all found outside NGC 2070 the very young and massive cluster at 30 Dor's core. One outstanding exception however is the fact that earliest spectral types (O2-O7) tend to have shorter OrbPs than latter (O9.2-O9.7). Our results point to a relative universality of the incidence rate of MBs and their OPs in the metallicity range from solar ($Z_{\odot}$) to about $0.5Z_{\odot}$. This provides the first direct constraints on MB properties in massive star-forming galaxies at the Universes peak of star formation at redshifts z~1 to 2, which are estimated to have $Z~0.5Z_{\odot}$.

研究の動機と目的

• 銀河系外で質量の大きな星形成を研究する上で重要な場所である30 Doradus領域における質量の大きな連星系の軌道パラメータを測定すること。
• 低金属量（LMC）が、銀河系サンプルと比較して、質量の大きな連星系の軌道周期および離心率の分布に及ぼす影響を評価すること。
• NGC 2070 や NGC 2060 といった30 Doradus内の異なるサブ領域における連星系の性質の空間的変動を調査し、環境的および進化的要因を解明すること。
• 等質量連星系（質量比 q > 0.95）の同定と特徴の付与、特に中心部のR136a集団との関連における空間的分布を調査すること。
• 初期連星関係および進化経路を推定するための将来のスペクトル分離および集団合成モデリングの基盤を築くこと。

提案手法

• 2013年から2014年にかけて、VLTのFLAMES/GIRAFFEスペクトログラフを用いて複数エポックにわたる径速度モニタリングを実施した。
• スペクトロスコピック連星系の軌道解を得るために、径速度曲線に対するフーリエ解析を実施した。
• スペクトル線の挙動に基づいて、単線連星（SB1）または二重線連星（SB2）に分類した。
• 観測された周期分布と銀河系サンプルを比較するため、検出バイアスを統計的モデリングで補正した。
• NGC 2070（中心集団）、NGC 2060（古くからある集団）、およびフィールド領域といった明確に分かれた領域における軌道パラメータの空間的変動を分析した。
• 将来の作業として計画されているスペクトル分離技術を用いて、個々の星のスペクトルを回復し、質量比の測定を改善した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 金属量の違いを考慮しても、30 Doradus領域における質量の大きな連星系の軌道周期分布は、銀河系とどのように異なるか？
• RQ2 集団密度や年齢といった環境要因が、30 Doradusにおける質量の大きな連星系の軌道的性質に果たす役割は何か？
• RQ3 等質量連星系（q > 0.95）は、中心部のR136a集団の外側に特に関与しているのか？ これは連星系の進化に何を示唆するか？
• RQ4 初期スペクトル型O星（O2–O7）は、後続の型（O9.2–O9.7）に比べて系統的に短い軌道周期を持つのか？ その傾向の原因は何か？
• RQ5 多重性やスペクトル分類バイアスは、質量の大きな星の光度クラス分布にどの程度影響を及ぼすか？

主な発見

• 30 Doradusにおける軌道周期分布は、銀河系と顕著に類似しており、1〜1000日間の対数空間におけるパワーローインデックスが-0.1であるため、金属量に起因する差異はほとんどないことが示唆されている。
• 30 Doradusにおける周期分布は、銀河系サンプルよりもわずかに平坦であるが、この差は小さく、誤差またはフィッティング手法の不確実性の範囲にある可能性がある。
• 30 Doradusでは1.1日という非常に短い周期の連星系が観測されており、これは銀河系サンプルで観測された最短周期をわずかに下回っている。
• すべての等質量連星系（q > 0.95）は、R136aを取り巻く中心部のNGC 2070の外側に位置しているため、密度の高い環境ではこのようなシステムが動的または進化的に抑制されている可能性がある。
• 初期スペクトル型O星（O2–O7）は、後続のO型星（O9.2–O9.7）よりも短い軌道周期を示す傾向があり、これは初期質量関数や連星系進化の影響と関連している可能性がある。
• NGC 2070における離心率分布はフィールドとはわずかに異なり、NGC 2060ではSB1系の割合が高くなっている。両者とも、連星系進化の予想と定性的に整合している。