[论文解读] Spectroscopic characterization of the known O-star population in Cygnus OB2. Evidence of multiple star-forming bursts

S. R. Berlanas, A. Herrero+7 more|LA Referencia (Red Federada de Repositorios Institucionales de Publicaciones Científicas)|Aug 22, 2020

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 22被引用 8

一句话总结

本研究利用光学光谱和Gaia DR2天体测量数据，对天鹅座OB2中的O型星进行了迄今为止最全面的光谱普查，揭示了约300万年和约500万年前的两次主要恒星形成爆发。研究识别出两个新的双星系统，通过赫罗图（HRD）和光谱赫罗图（sHRD）精确推导了恒星参数和演化状态，并在九个逃逸星候选体中发现了动力学抛射或超新星反冲的证据，凸显了该区域复杂的形成历史。

ABSTRACT

Cygnus OB2 provides a unique insight into the high-mass stellar content in one of the largest groups of young massive stars in our Galaxy. Although several studies of its massive population have been carried out over the last decades, an extensive spectroscopic study of the whole known O-star population in the association is still lacking. In this work, we created the most complete spectroscopic census of O stars carried out so far in Cygnus OB2 using already existing and new spectroscopy. We present the spectra for 78 O-type stars, from which we identify new binary systems, obtain the distribution of rotational velocities, and determine the main stellar parameters for all the stars in the region that have not been detected as double-line spectroscopic binaries. We also derive radii, luminosities, and masses for those stars with reliable Gaia astrometry, in addition to creating the Hertzsprung-Russell Diagram to interpret the evolutionary status of the association. This work has shown the improvement reached when using accurate spectroscopic parameters and astrometry for the interpretation of the evolutionary status of a population, revealing, in the case of Cygnus OB2, at least two star-forming bursts at $\sim$3 and $\sim$5 Myr. We find an apparent deficit of very fast rotators in the distribution of rotational velocities. The inspection of the dynamical distribution of the sample has allowed us to identify nine O stars with peculiar proper motions and discuss a possible dynamical ejection scenario or past supernova explosions in the region.

研究动机与目标

• 对天鹅座OB2中所有已知O型星进行全面的光谱表征，弥补现有文献中的空白。
• 基于可靠的Gaia DR2天体测量数据，精确测定孤立O型星的有效温度、光度、质量、半径和旋转速度等恒星参数。
• 利用赫罗图（HRD）和光谱赫罗图（sHRD）研究该星协的演化状态，识别恒星形成阶段。
• 分析该星族的动力学状态，识别逃逸星或受超新星反冲或动力学抛射影响的系统。
• 通过结合高分辨率光谱与精确天体测量，提升对大质量、遮蔽区域中大质量恒星形成的理解。

提出的方法

• 利用78颗天鹅座OB2中O型星的现有及新获取的光学光谱，重点开展定量光谱分析。
• 应用 iacob-broad 和 iacob-gbat 自动化光谱分析工具，其校准基于 FASTWIND 恒星大气模型。
• 结合 $Gaia$ 第二数据释放（DR2）天体测量数据，推导距离、视差和自行，以实现光度、半径和质量的精确估计。
• 构建经典赫罗图（HRD）和光谱赫罗图（sHRD），用于比较演化状态并检验两种方法之间的一致性。
• 通过径向速度变化识别双星系统，并在主参数分析中排除SB2系统。
• 分析空间分布和自行分布，以检测逃逸星候选体，并评估动力学亚结构或扩张/收缩模式。

实验结果

研究问题

• RQ1 天鹅座OB2中O型星的旋转速度分布如何？与其他区域相比有何差异？
• RQ2 天鹅座OB2的主要恒星形成事件发生在何时？哪些证据支持多次爆发？
• RQ3 从HRD推导出的恒星参数与从sHRD推导出的参数相比如何？这对演化建模有何启示？
• RQ4 哪些O型星表现出异常的自行？这些现象暗示了动力学抛射或超新星反冲吗？
• RQ5 该区域的双星系统在多大程度上仍保持其初始动力学特性？这对运动异常的解释有何影响？

主要发现

• 本研究迄今提供了天鹅座OB2中O型星最完整的光谱普查，涵盖78颗O型星，其中识别出两个新的双星系统。
• 旋转速度分布显示缺乏极高速旋转星，但存在一个快速旋转星的短尾，需进一步研究。
• 天鹅座OB2中的恒星形成至少经历了两次主要爆发，分别发生在约3 Myr和5 Myr，可能还存在一次较小的爆发（约1.5 Myr），其中包含最热的恒星。
• 从sHRD推导出的质量系统性高于经典HRD的结果，提示在未经过验证的情况下使用sHRD进行质量估计需持谨慎态度。
• 九颗O型星表现出异常的自行，表明可能存在动力学抛射或过去的超新星反冲，且双星系统与整体自行趋势一致，支持该推断。
• 该星协未表现出扩张或收缩的迹象，但空间上存在亚结构，且O型星族中无明确的动力学演化模式。