[论文解读] On the origin of the O and B-type stars with high velocities II Runaway stars and pulsars ejected from the nearby young stellar groups

R. Hoogerwerf, J. H. J. de Bruijne+1 more|ArXiv.org|Oct 2, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 90被引用 203

一句话总结

本研究利用依巴谷卫星的高精度天体测量数据和射电甚长基线干涉测量（VLBI）观测，追踪了700 pc范围内56颗逃逸星和9颗脉冲星的轨迹，识别出其母星协。研究证实了两次关键的双星超新星弹射事件：ζ Ophiuchi和PSR J1932+1059约100万年前源自上天蝎星协的超新星爆发；AE Aur和μ Col则约250万年前从猎户座梯形星协中被弹射而出，为双星超新星弹射与动力学弹射模型提供了强有力的运动学证据。

ABSTRACT

We use milli-arcsecond accuracy astrometry (proper motions and parallaxes) from Hipparcos and from radio observations to retrace the orbits of 56 runaway stars and nine compact objects with distances less than 700 pc, to identify the parent stellar group. It is possible to deduce the specific formation scenario with near certainty for two cases. (i) We find that the runaway star zeta Ophiuchi and the pulsar PSR J1932+1059 originated about 1 Myr ago in a supernova explosion in a binary in the Upper Scorpius subgroup of the Sco OB2 association. The pulsar received a kick velocity of about 350 km/s in this event, which dissociated the binary, and gave zeta Oph its large space velocity. (ii) Blaauw & Morgan and Gies & Bolton already postulated a common origin for the runaway-pair AE Aur and mu Col, possibly involving the massive highly-eccentric binary iota Ori, based on their equal and opposite velocities. We demonstrate that these three objects indeed occupied a very small volume \sim 2.5Myr ago, and show that they were ejected from the nascent Trapezium cluster. We identify the parent group for two more pulsars: both likely originate in the 50 Myr old association Per OB3, which contains the open cluster alpha Persei. At least 21 of the 56 runaway stars in our sample can be linked to the nearby associations and young open clusters. These include the classical runaways 53 Arietis (Ori OB1), xi Persei (Per OB2), and lambda Cephei (Cep OB3), and fifteen new identifications, amongst which a pair of stars running away in opposite directions from the region containing the lambda Ori cluster. Other currently nearby runaways and pulsars originated beyond 700 pc, where our knowledge of the parent groups is very incomplete.

研究动机与目标

• 利用精确的天体测量数据，识别太阳附近700 pc范围内高光度O型和B型星（逃逸星）的母星协。
• 检验双星超新星弹射模型（BSS）与动力学弹射模型（DES）作为逃逸星和脉冲星起源的合理性。
• 通过反向重建轨道路径，确定逃逸星的运动学年龄与弹射机制。
• 改进对高自行速度脉冲星和逃逸星母星协的识别，特别是对高自行速度天体的识别。
• 通过量化弹射事件期间的质量损失，评估逃逸弹射对年轻星协初始质量函数的影响。

提出的方法

• 利用依巴谷卫星提供的毫角秒级精度天体测量数据（自行与视差）以及射电甚长基线干涉测量（VLBI）技术，精确测定恒星的位置与运动。
• 基于银河系势模型并采用数值积分方法，反向重建56颗逃逸星和9个致密天体的轨道轨迹。
• 通过计算弹射以来的运动距离与速度矢量，假设恒星保持匀速运动，估算运动学年龄。
• 将反向追踪的位置与已知的年轻星协和开放星团（如Sco OB2、Per OB3、猎户座梯形星协）进行比对，以识别母星协。
• 通过检验三体系统（逃逸星、伴星与致密天体）在弹射时刻是否占据较小的空间体积，评估弹射情景的一致性。
• 采用统计分析方法，评估因距离与年龄限制导致更易识别近期双星超新星弹射事件的偏差，并估算动力学弹射与超新星弹射起源的逃逸星比例。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否利用高精度天体测量，以高置信度识别出逃逸星或脉冲星的母星协？
• RQ2 高光度星ζ Ophiuchi及其相关脉冲星PSR J1932+1059的起源是什么？
• RQ3 逃逸星AE Aur与μ Col是否如先前假设的那样，与双星系统ι Ori有共同起源？
• RQ4 在700 pc范围内，56颗逃逸星中有多少比例可与已知的年轻星协或星协关联？
• RQ5 逃逸星的运动学年龄与其中假设母星协的年龄相比如何？这对弹射机制有何启示？

主要发现

• 逃逸星ζ Ophiuchi与脉冲星PSR J1932+1059约100万年前源自上天蝎星协（Sco OB2子群）中双星系统的超新星爆发。
• 在超新星爆发期间，脉冲星获得了约350 km s⁻¹的反冲速度，导致双星系统破裂，并将ζ Oph以高速弹射至空间。
• AE Aur与μ Col约250万年前从新生的猎户座梯形星协中被弹射而出，其速度与位置与来自大质量双星系统ι Ori的共同起源一致。
• 样本中56颗逃逸星中有21颗可明确关联至附近的星协与年轻开放星团，包括53 Arietis、ξ Persei与λ Cephei等经典逃逸星。
• 另外两颗脉冲星（J0826+2637与J1115+5030）很可能与约5000万年的Per OB3星协有关，该星协包含α Persei开放星团。
• 本研究将已知具有母星协的逃逸星数量增加三倍，使700 pc范围内已确认的逃逸星数从6例增至21例，并证实双星超新星模型在近期弹射事件中占主导地位。