[论文解读] A Tale of Three Cities: OmegaCAM discovers multiple sequences in the color-magnitude diagram of the Orion Nebula Cluster

G. Beccari, M. G. Petr-Gotzens+16 more|arXiv (Cornell University)|May 26, 2017

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 48被引用 3

一句话总结

利用ADHOC巡天的OmegaCAM测光数据，本研究在猎户星云星团的色-星等图中发现了三个截然不同的前主序星族，表明其恒星形成历史持续约1 Myr。这些发现得到光谱数据的支持，显示较年轻的星族自转更快，暗示存在离散的恒星世代，而非连续的形成过程。

ABSTRACT

As part of the Accretion Discs in H$α$ with OmegaCAM (ADHOC) survey, we imaged in r, i and H-alpha a region of 12x8 square degrees around the Orion Nebula Cluster. Thanks to the high-quality photometry obtained, we discovered three well-separated pre-main sequences in the color-magnitude diagram. The populations are all concentrated towards the cluster's center. Although several explanations can be invoked to explain these sequences we are left with two competitive, but intriguing, scenarios: a population of unresolved binaries with an exotic mass ratio distribution or three populations with different ages. Independent high-resolution spectroscopy supports the presence of discrete episodes of star formation, each separated by about a million years. The stars from the two putative youngest populations rotate faster than the older ones, in agreement with the evolution of stellar rotation observed in pre-main sequence stars younger than 4 Myr in several star forming regions. Whatever the final explanation, our results prompt for a revised look at the formation mode and early evolution of stars in clusters.

研究动机与目标

• 利用高分辨率测光研究猎户星云星团中的恒星族结构。
• 确定观测到的色-星等图序列是否源于年龄弥散或未分辨的双星系统。
• 利用空间和运动学数据检验年轻星团中存在间歇性恒星形成的假设。
• 研究前主序星的自转与年龄之间的关联。
• 评估其对星团形成模型的影响，特别是动力学时标和吸积历史方面。

提出的方法

• 使用VST上的OmegaCAM对猎户星云星团周围12°×8°区域进行成像，使用r、i和Hα滤镜。
• 对色-星等图应用非锐化掩模，以增强对亚结构的探测能力。
• 使用CASU流程进行孔径测光以及天体测量/测光定标。
• 与高分辨率光谱数据交叉匹配，以评估自转速度和年龄指标。
• 利用消光矢量和消光曲线（Rv = 3.1）校正星际消光。
• 分析各星族的空间分布，以推断沿视线方向的形成顺序。

实验结果

研究问题

• RQ1 猎户星云星团色-星等图中的多条序列是否表明存在不同年龄的恒星族？
• RQ2 这些观测到的序列能否由具有特殊质量比的未分辨双星系统解释？
• RQ3 基于恒星自转和空间分布，猎户星云星团中是否存在间歇性恒星形成的证据？
• RQ4 前主序星的自转速度与其推断年龄之间有何相关性？
• RQ5 0.5–0.8 Myr的年龄弥散对星团形成时标有何影响？

主要发现

• 在猎户星云星团的色-星等图中检测到三条明显分离的前主序星序列。
• 最年轻的星族表现出比年老星族更高的平均自转速度（vsini），与更年轻年龄及盘锁模型一致。
• 光谱数据支持离散的恒星形成事件，各代之间相隔约1 Myr。
• 三个星族的空间分布集中在星团中心，其质心无显著偏移。
• 三个星族的年龄弥散估计为0.5–0.8 Myr，与星团的动力学时标（~7×10⁵ yr）一致。
• 最年轻星族中缺乏极低A_V源，表明其形成位置更远离地球，且形成活动随时间减弱。