[論文レビュー] The VLT-FLAMES Tarantula Survey IV: Candidates for isolated high-mass star formation in 30 Doradus

E. Bressert, N. Bastian+16 more|arXiv (Cornell University)|Apr 16, 2012

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 88被引用数 41

ひとこと要約

本稿では、径速度の安定性、空間密度の制約、および銀河間物質の繊維構造との関連を用いて、30 Doradus領域で孤立して形成された可能性のあるO型星を特定する新規手法を提示する。著者らは15個の強力な候補星を特定し、そのうち11個がVz星であることを明らかにした。これは、高質量星形成のメカニズムとして単一の崩壊（monolithic collapse）が妥当であることを示す重要な証拠である。

ABSTRACT

Whether massive stars can occasionally form in relative isolation or if they require a large cluster of lower-mass stars around them is a key test in the differentiation of star formation theories as well as how the initial mass function of stars is sampled. Previous attempts to find O-type stars that formed in isolation were hindered by the possibility that such stars are merely runaways from clusters, i.e., their current isolation does not reflect their birth conditions. We introduce a new method to find O-type stars that are not affected by such a degeneracy. Using the VLT-FLAMES Tarantula Survey and additional high resolution imaging we have identified stars that satisfy the following constraints: 1) they are O-type stars that are not detected to be part of a binary system based on RV time series analysis; 2) they are designated spectral type O7 or earlier ; 3) their velocities are within 1σof the mean of OB-type stars in the 30 Doradus region, i.e. they are not runaways along our line-of-sight; 4) the projected surface density of stars does not increase within 3 pc towards the O-star (no evidence for clusters); 5) their sight lines are associated with gaseous and/or dusty filaments in the ISM, and 6) if a second candidate is found in the direction of the same filament with which the target is associated, both are required to have similar velocities. With these criteria, we have identified 15 stars in the 30 Doradus region, which are strong candidates for being high-mass stars that have formed in isolation. Additionally, we employed extensive MC stellar cluster simulations to confirm that our results rule out the presence of clusters around the candidates. Eleven of these are classified as Vz stars, possibly associated with the zero-age main sequence. We include a newly discovered W-R star as a candidate, although it does not meet all of the above criteria.

研究の動機と目的

• 集団からの脱出（runaways）であるか、孤立して形成された高質量星形成を区別することにより、高質量星形成理論における主要な曖昧さを解消すること。
• 集団からの脱出によって一時的に孤立している可能性があるO型星を真に孤立していると誤認する問題を克服すること。
• 単一の崩壊モデルが予測するように、周囲に低質量星の集団を伴わない状態で高質量星が形成可能かどうかを検証すること。
• さまざまな星形成シナリオにおける初期質量関数のサンプリングに関する観測的制約を提供すること。
• モンテカルロシミュレーションを用いて、候補星の周囲に隠れた集団が存在しないことを検証すること。

提案手法

• VLT-FLAMES Tarantula調査の径速度時系列データを用い、連星系に属さないO型星を同定する。
• 空間密度解析を適用し、候補星から3 pc以内に顕著な星の過密度がないことを確認する。
• 候補星の径速度が30 DoradusのOB星平均速度の1σ以内にあることを要件とし、脱出星を除外する。
• 銀河間物質（ISM）におけるガスおよび/またはダストの繊維構造と視線方向で一致していること（潜在的な形成環境を示唆）。
• 二重候補一致テストを適用：同じ繊維構造に沿って配置された2つの候補星は、類似した径速度を持つ必要がある。
• モンテカルロ法を用いた星集団シミュレーションにより、候補星周囲に検出されない低質量集団が存在する可能性を統計的に除外する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高質量O型星は、低質量星の集団を伴わない状態で、孤立して形成可能だろうか？
• RQ2 30 DoradusにおけるO型星の観測された空間的および運動的性質は、それらが集団からの脱出星である可能性をどの程度まで排除できるか？
• RQ3 真の孤立形成と、集団からの脱出によって生じる一時的孤立を信頼性高く区別するための観測的基準は何か？
• RQ4 候補星の空間的分布およびISM環境は、単一の崩壊モデルと競合的吸着モデルのどちらを支持するか？
• RQ5 O型星が繊維構造と一致している確率が、偶然によるものである可能性はどの程度低いのか？

主な発見

• 30 Doradusの15個のO型星が、すべての6つの選別基準を満たし、孤立した高質量星形成の強力な候補と特定された。
• 15個の候補星のうち11個がVz星に分類され、これは最近形成された星である可能性を示唆しており、ゼロ年齢主系列（ZAMS）上またはその近辺に位置していることを裏付けている。
• ランダム分布を仮定した二項確率モデルにより、脱出星と繊維構造の偶然一致の確率が低いことが確認された。
• モンテカルロシミュレーションにより、候補星周囲に低質量星の隠れた集団が存在する可能性は極めて低いことが判明し、候補星の孤立性が支持された。
• 1つの新規に発見されたWolf-Rayet星が、すべての基準を満たさないものの、スペクトル的特徴とISMとの関連性から候補に含めた。
• 結果として、競合的吸着モデルに疑問を呈し、単一の崩壊シナリオが高質量星形成の有効なメカニズムであることを支持する。