[论文解读] Evolution of mass segregation in open clusters: some observational evidences

D. Raboud, J. C. Mermilliod|arXiv (Cornell University)|Feb 23, 1998

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 4被引用 18

一句话总结

本研究利用高精度的成员星与双星数据，调查了疏散星团M67和NGC 6231中的质量分层现象。研究发现，在极年轻的NGC 6231（3–4 Myr）中已存在质量分层，表明其可能源于形成过程而非动力学弛豫；而在更年老的M67中，中等质量恒星（1.5–2.3 M⊙）的质量分层程度低于昴星团，暗示其成因可能复杂，涉及初始条件与动力学演化双重因素。

ABSTRACT

On the basis of the best available member list and duplicity information, we have studied the radial structure of Praesepe and of the very young open cluster NGC 6231. We have found mass segregation among the cluster members and between binaries and single stars, which is explained by the greater average mass of the multiple systems. However, the degree of mass segregation for stars between 1.5 and 2.3 M_sun is less pronounced in Praesepe than in the Pleiades. Furthermore, mass segregation is already present in the very young open cluster NGC 6231 although this cluster is likely still not dynamically relaxed. We discuss the implications of these results and propose a qualitative scenario for the evolution of mass segregation in open clusters. In Praesepe the mass function of single stars and primaries appears to be significantly different, like in the Pleiades. We observe an absence of ellipticity of the outer part of Praesepe.

研究动机与目标

• 调查M67和NGC 6231中恒星的径向分布，以评估质量分层的存在与否及其程度。
• 确定疏散星团中的质量分层是源于动力学弛豫还是形成过程中的初始条件。
• 比较M67（年老，~600 Myr）、NGC 6231（极年轻，3–4 Myr）和昴星团（中等年龄）的结构特性，追踪质量分层的演化过程。
• 通过比较单星与多星系统的空间分布，考察双星系统在质量分层中的作用。
• 评估某些年轻星团（如NGC 6531）中缺乏显著质量分层是否仅因年轻，或受其他动力学因素影响。

提出的方法

• 基于自行、径向速度和光度测量的高精度成员星判定标准，定义M67和NGC 6231中的星团成员星。
• 应用不对称性估计量分析恒星位置，评估星团外区的形状，检验其椭圆度。
• 利用长期径向速度监测和轨道解算，区分单星与多星系统（主星与光谱双星）。
• 通过比较单星与多星系统主星的质量函数，检测可能指示质量分层的差异。
• 分析质量分箱（特别是1.5–2.3 M⊙）中恒星在不同星团半径处的空间分布，量化分层程度。
• 使用NGC 6231、M67和昴星团的观测数据，比较跨越3–4 Myr至~600 Myr广泛年龄范围的质量分层现象。

实验结果

研究问题

• RQ1 在极年轻的疏散星团NGC 6231（可能尚未动力学弛豫）中，能否探测到质量分层？
• RQ2 尽管M67年龄更老，为何其1.5–2.3 M⊙恒星的质量分层程度低于昴星团？
• RQ3 NGC 6231中观测到的质量分层是源于动力学弛豫，还是形成过程中的初始条件？
• RQ4 在M67中，单星与多星系统主星的质量函数是否存在显著差异，表明大质量双星已被分层？
• RQ5 某些年轻星团（如NGC 6531）中暂时缺乏质量分层，是否可由大质量恒星损失与剧烈弛豫解释，而非仅因年轻？

主要发现

• 在极年轻的疏散星团NGC 6231（3–4 Myr）中观测到质量分层，该星团可能尚未动力学弛豫，表明质量分层可能并非仅由动力学弛豫引起。
• 在NGC 6231中，仅最重的恒星（M > 20 M⊙）呈现中心集中，而中等质量恒星（1.5–2.3 M⊙）的空间分布较为均匀，表明存在选择性分层。
• 在M67中，1.5–2.3 M⊙恒星的质量分层程度低于昴星团，尽管M67年龄显著更老，挑战了分层程度随年龄增加的预期。
• M67中单星的质量函数与多星系统主星的质量函数存在显著差异，证实双星比单星更集中于星团中心。
• M67外区未表现出显著椭圆度，表明其结构呈球对称或近似对称，可能暗示缺乏强潮汐扰动或投影效应。
• 本研究提出质量分层具有双重起源：初始形成过程可能在极年轻星团中驱动分层，而动力学弛豫则在年老、已弛豫的星团中起主导作用。