[論文レビュー] VLT observations of metal-rich extra galactic HII regions. I. Massive star populations and the upper end of the IMF

M. Pindao, D. Schaerer+2 more|ArXiv.org|Aug 12, 2002

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 41被引用数 27

ひとこと要約

本研究では、85個の金属豊富な銀河外HII領域についてVLT FORS1分光法を用いて調査し、青いWRバンプを介して27例にWolf-Rayet (WR)星を、C IV λ5808発光を介して14例にWC型星を特定した。太陽金属量環境における上端IMFカットオフの下限として60–90 M⊙が導出されたが、高金属量系におけるIMFの緩和に関する主張に反し、金属量に伴うM_upの系統的変化は見られなかった。

ABSTRACT

We have obtained high quality FORS1/VLT optical spectra of 85 disk HII regions several nearby spiral galaxies. Our sample of metal-rich HII regions with metallicities close to solar and higher reveal the presence of Wolf-Rayet (WR) stars in 27 objects from the blue WR bump and 15 additional candidate WR regions. This provides for the first time a large set of metal-rich WR regions. Approximately half of the WR regions also show broad CIV emission attributed to WR stars of the WC subtype (...). The WR regions show quite clear trends between their observed WR features and the Hbeta emission line. Detailed synthesis models are presented to understand/interpret these observations. (...) The availability of a fairly large sample of metal-rich WR regions allows us to improve existing estimates of the upper mass cut-off of the IMF in a robust way and independently of detailed modeling: from the observed maximum Hbeta equivalent width of the WR regions we derive a LOWER LIMIT for M_up of 60-90 Msun in the case of a Salpeter slope and larger values for steeper IMF slopes. From our direct probe of the massive star content we conclude that there is at present no evidence for systematic variations of the upper mass cut-off of the IMF in metal-rich environments, in contrast to some claims based on indirect nebular diagnostics. (abridged abstract)

研究の動機と目的

• 高分解能VLT分光法を用いて、金属豊富な銀河外HII領域における大質量星の内容を直接的に探査すること。
• 間接的線源診断による高金属量環境における初期質量関数（IMF）の上端カットオフが変化するかどうかを検証すること。
• 進化合成モデルが高金属量系におけるWR特徴を予測する信頼性を評価すること。
• WR領域で観測された最大Hβ等価幅を用いて、IMF上端カットオフの制約を強化すること。
• 銀河外HII領域におけるWR特徴強度およびWC/WN比の金属量依存性を調査すること。

提案手法

• 近傍のスパイラル銀河（NGC 3351, 3521, 4254, 4303, 4321）の85個のHII領域について、高SN比のFORs1/VLT光学分光スペクトルを取得した。
• 青いWRバンプ（~4680 Å付近）およびC IV λ5808（赤いWRバンプ）の広帯発光特徴を用いてWolf-Rayet星を同定し、C III λ5696とC IV λ5808の線強度比に基づいてスペクトル分類を行った。
• R23診断法を用い、Kobulnickyら（1999）の校正を用いて金属量を推定した。12領域については電子温度を[O II] λ7325から導出した。
• 最新の進化合成モデル（Schaerer & Vacca 1998）による予測と、観測されたWR特徴強度（W(WR), I(WR)/I(Hβ)）を比較した。
• 標準的なSalpeter IMFモデルと観測特徴を一致させるために、WN星の線発光記述を調整することでモデルを精緻化した。
• 観測されたすべての既知の観測効果（Hβ等価幅を低下させる要因）を考慮し、Salpeter IMFの下でのIMF上端カットオフ（M_up）の下限を導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 金属豊富なHII領域はWolf-Rayet星を有するか？また、このような環境におけるWC型星の出現頻度はどの程度か？
• RQ2 高金属量HII領域におけるWR特徴強度（W(WR), I(WR)/I(Hβ)）とHβ等価幅の相関関係は？
• RQ3 標準的な進化合成モデルは、金属豊富な系における観測されたWR特徴をどの程度正確に予測できるか？また、モデル調整はどの程度必要か？
• RQ4 直接的な大質量星診断を用いて、高金属量環境におけるIMF上端カットオフ（M_up）にどのような制約を課せるか？
• RQ5 間接的線源診断とは対照的に、金属量の増加に伴いIMF上端カットオフに系統的変化の兆しなく、金属量依存性の証拠はあるか？

主な発見

• 85個のHII領域のうち27例が青いWRバンプ（~4680 Å付近）の明確な痕跡を示し、そのうち14例はC IV λ5808発光も確認され、WC型星を示している。
• 8例のWR領域でC III λ5696の同時検出が可能となり、平均して後期WC型（WC7–WC8）が特定された。これは高金属量環境における予想と整合的である。
• 観測されたWR特徴強度（W(WR)およびI(WR)/I(Hβ)）は、同様の金属量における標準的進化合成モデルの予測よりも系統的に低かった。
• この乖離は、モデル内でWN星の線発光記述を改善することで最もよく解消され、その後、観測特徴は標準的なSalpeter IMF（高質量まで延長）と整合的となった。
• WR領域で観測された最大Hβ等価幅を用いて、Salpeter IMF勾配の下でIMF上端カットオフの下限として60–90 M⊙が導出された。勾配が急である場合には、より高い値が得られた。
• 金属豊富な環境において、IMF上端カットオフに金属量に伴う系統的変化の直接的証拠はなく、これは間接的線源診断に基づく主張とは対照的である。