[논문 리뷰] XMM-Newton observations of the sigma Ori cluster. II. Spatial and spectral analysis of the full EPIC field

E. Franciosini, R. Pallavicini외 1명|ArXiv.org|2005. 10. 07.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 58인용 수 41

한 줄 요약

이 연구는 2–4 Myr의 젊은 별집단 시그마 오리에서 XMM-뉴턴 X선 관측을 수행하여, 병렬한 한계까지의 저질량 별을 포함한 총 175개의 X선 소스를 분석한다. 저연성 성질을 띠는 성단의 후보 별들은 중간값 log(L_X/L_bol) ~ -3.3 수준의 포화된 X선 활동을 보이며, 약 40%의 소스에서 뚜렷한 변동성을 보이고, 코로나 온도는 0.3–3 keV이며 금속성 농도는 태양의 0.1–0.3배 수준이었으며, 이는 다른 젊은 성단과 일치하지만, 고전형과 약선형 T 타우리 별 간에 스펙트럼적 차이가 없었다.

ABSTRACT

We present the results of an XMM-Newton observation of the young (~2-4 Myr) cluster around the hot star sigma Orionis. In a previous paper we presented the analysis of the RGS spectrum of the central hot star; here we discuss the results of the analysis of the full EPIC field. We have detected 175 X-ray sources, 88 of which have been identified with cluster members, including very low-mass stars down to the substellar limit. We detected eleven new possible candidate members from the 2MASS catalogue. We find that late-type stars have a median log L_X/L_bol ~ -3.3, i.e. very close to the saturation limit. We detected significant variability in ~40% of late-type members or candidates, including 10 flaring sources; rotational modulation is detected in one K-type star and possibly in another 3 or 4 stars. Spectral analysis of the brightest sources shows typical quiescent temperatures in the range T_1 ~ 0.3-0.8 keV and T_2 ~ 1-3 keV, with subsolar abundances Z ~ 0.1-0.3 Z_sun, similar to what is found in other star-forming regions and associations. We find no significant difference in the spectral properties of classical and weak-lined T Tauri stars, although classical T Tauri stars tend to be less X-ray luminous than weak-lined T Tauri stars.

연구 동기 및 목표

• 깊은 XMM-뉴턴 관측을 통해 2–4 Myr의 젊은 시그마 오리 성단의 X선 특성을 규명하는 것.
• 전체 EPIC 영역 내 X선 소스를 식별하고 분류하여 매우 낮은 질량의 별과 브라운 와이프까지 포함하는 것.
• 주로 고전형과 약선형 T 타우리 별 간의 비교를 통해 주계열 전 별의 스펙트럼적 및 시간적 행동을 조사하는 것.
• 성단의 구성원에 대해 코로나 온도, 금속성 농도, X선 복사율 비율(L_X/L_bol)을 결정하고, 다른 성별 영역과의 일관성을 평가하는 것.

제안 방법

• EPIC-MOS 및 PN 장치를 사용하여 전체 프레임 모드로 XMM-뉴턴 관측을 수행하였으며, 배경 필터링 후 0.3–7.8 keV 에너지 대역과 41–36 ks의 유효 노출 시간을 확보하였다.
• 합성 EPIC(MOS1+MOS2+PN) 이미지에서 소스 탐지 및 광도 측정을 수행하였으며, 표준 SAS 작업을 사용하여 소스 추출 및 배경 제거를 실시하였다.
• 가장 밝은 소스의 스펙트럼 피팅은 XSPEC를 사용하여 수행되었으며, 두 온도의 APEC 플라즈마 모델을 사용하여 온도, 원소 농도 및 발광 측정치를 유도하였다.
• 빛의 변화 분석을 통해 개별 별의 플레어 및 자전 조절 변동성을 평가하였다.
• 2MASS 및 천문학적 카탈로그와의 교차 식별을 통해 별의 성단 구성원 또는 후보자로 분류하였으며, M7.5 스펙트럼 유형까지의 브라운 와이프를 포함하였다.
• 고전형 T 타우리 별(CTTS)과 약선형 T 타우리 별(WTTS)의 스펙트럼 분석을 비교하여 코로나 온도, 금속성, X선 복사율 간의 차이를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 시그마 오리 성단의 주계열 전 별에서 X선 복사율 분포 및 활동 수준(L_X/L_bol)은 어떻게 되는가?
• RQ2 이 성단에서 고전형과 약선형 T 타우리 별 간의 코로나 온도 및 금속성은 어떻게 비교되는가?
• RQ3 저질량 및 병렬한 물체의 변동성 행동은 어떻게 되며, 이는 자기장 활동에 대해 무엇을 시사하는가?
• RQ4 성단 구성원과 비구성원 간의 X선 특성에 유의미한 차이가 있는가? 그리고 오염은 관측된 복사율 분포에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 총 175개의 X선 소스가 탐지되었으며, 그 중 88개는 성단 구성원로 확인되었으며, M7.5 스펙트럼 유형까지의 매우 낮은 질량의 별과 브라운 와이프를 포함하였다.
• 저연성 성단 구성원은 중간값 log(L_X/L_bol) ~ -3.3를 보이며, X선 활동이 거의 포화 상태임을 시사하며, 다른 젊은 성단과 일치한다.
• 저연성 구성원 또는 후보자 약 40%가 뚜렷한 변동성을 보였으며, 이 중 10개는 플레어 소스로 확인되었으며, 적색 왜소성 별 하나에서 자전 조절 변동성이 관측되었고, 추가로 3–4개의 별에서 가능성이 있는 자전 조절 변동성이 관측되었다.
• 가장 밝은 소스의 스펙트럼 분석에서 일반적인 침체 상태 온도는 T1 ~ 0.3–0.8 keV 및 T2 ~ 1–3 keV이며, 금속성 농도는 Z ~ 0.1–0.3 Z☉로 태양 이하 수준이었다.
• 고전형 T 타우리 별과 약선형 T 타우리 별 간에 코로나 온도나 금속성에 유의미한 차이가 없었으며, 다만 CTTS는 WTTS보다 X선 복사율이 낮게 나타났다.
• 두 개의 브라운 와이프(S Ori 3 및 S Ori 25)와 한 개의 매우 낮은 질량의 별(SWa 203)이 뚜렷한 변동성을 보였으며, SWa 203(M5 유형)에서 플레어가 관측되어 병렬한 물체의 X선 활동을 확인하였다.