[论文解读] Cygnus OB2 - a young globular cluster in the Milky Way

J. Knödlseder|arXiv (Cornell University)|Jul 28, 2000

Astrophysics and Star Formation Studies被引用 10

一句话总结

该论文利用2MASS红外数据将天鹅座OB2重新归类为银河系内一个年轻的球状星团，揭示了其拥有2600±400颗OB星和120±20颗O星的球对称分布，总质量为(4–10)×10⁴ M☉，中心密度为40–150 M☉ pc⁻³，由于极端消光导致光学巡天中其真实大小和丰富度被低估，挑战了其先前作为典型OB星协的分类。

ABSTRACT

The morphology and stellar content of the Cygnus OB2 association has been determined using 2MASS infrared observations in the J, H, and K bands. The analysis reveals a spherically symmetric association of 2 deg in diameter with a half light radius of 13', corresponding to Rh = 6.4 pc at an assumed distance of 1.7 kpc. The interstellar extinction for member stars ranges from Av = 5m to 20m, which led to a considerable underestimation of the association size and richness in former optical studies. From the infrared colour-magnitude diagram, the number of OB member stars is estimated to 2600 +/- 400, while the number of O stars amounts to 120 +/- 20. This is the largest number of O stars ever found in a galactic massive star association. The slope of the initial mass function has been determined from the colour-magnitude diagram to Gamma=-1.6 +/- 0.1. The total mass of Cyg OB2 is estimated to (4-10)*10^4 Msol, where the primary uncertainty comes from the unknown lower mass cut-off. Using the radial density profile of the association, the central mass density is determined to rho0=40-150 Msol pc^-3. Considering the mass, density, and size of Cyg OB2 it seems untenable to classify this object still as OB association. Cygnus OB2 more closely resembles a young globular cluster like those observed in the Large Magellanic Cloud or in extragalactic star forming regions. It is therefore suggested to re-classify Cygnus OB2 as young globular cluster - an idea which goes back to Reddish et al. (1966). Cygnus OB2 would then be the first object of this class in the Milky Way.

研究动机与目标

• 重新评估天鹅座OB2的形态和星族组成，因其在光学巡天中因星际消光而被低估。
• 利用2MASS巡天的红外测光数据，确定天鹅座OB2的真实大小、质量及初始质量函数。
• 根据其物理特性，评估天鹅座OB2是否应从OB星协重新归类为年轻球状星团。
• 量化尘埃消光对光学星等计数的影响，并证明红外数据在研究被遮蔽的大质量星族系统方面的优越性。

提出的方法

• 利用2MASS点源星表（PSC）在J、H和K波段获取以天鹅座OB2为中心、覆盖2°45′区域的恒星测光数据。
• 通过使用关系式K = M_K + DM + A_K和A_K = 0.66 × E(J-K)，将视星等和颜色转换为固有星等-颜色空间，实现对消光的独立选择。
• 在K与J-K平面构建颜色-星等图（CMD），识别主序星和早型星，并利用经验校准进行消光修正。
• 采用Vacca等人（1996）、Wegner（1994）和Koornneef（1983）提供的光谱型与绝对星等及颜色的关系，推导出固有星等和颜色。
• 利用Schaerer与de Koter（1997）以及Schmidt-Kaler（1982）提供的质量-光度关系，从K波段绝对星等估算恒星质量。
• 对径向密度分布进行拟合，以推导中心质量密度，并将其与理论预期的初始质量函数斜率进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在使用红外数据校正尘埃消光后，天鹅座OB2的真实大小和形态是什么？
• RQ2 天鹅座OB2中存在多少OB星和O型星？这对它的总质量和演化状态有何含义？
• RQ3 天鹅座OB2的高中心密度和质量分布是否支持其被重新归类为年轻球状星团而非典型OB星协？
• RQ4 天鹅座OB2的初始质量函数（IMF）斜率是多少？与标准IMF模型相比如何？
• RQ5 星际消光在多大程度上导致光学巡天在识别像天鹅座OB2这样的大质量星协的真实范围和丰富度时产生偏差？

主要发现

• 天鹅座OB2具有球对称形态，直径约为2°，半光半径为13′，对应于1.7 kpc距离下的6.4 pc。
• 该星协估计包含2600±400颗OB星和120±20颗O星，是目前已知拥有最多O星的银河系大质量星协。
• 初始质量函数斜率确定为Γ = -1.6 ± 0.1，表明在高光度区具有相对陡峭的分布。
• 天鹅座OB2的总质量估计为(4–10)×10⁴ M☉，主要不确定性来源于未知的低质量截断。
• 中心质量密度为40–150 M☉ pc⁻³，该数值典型于年轻球状星团，而非典型OB星协。
• 由于其高质​​量、高密度及结构特性，本文认为天鹅座OB2应被重新归类为年轻球状星团，且是银河系中首个被识别出的此类天体。