[论文解读] The Origin of Massive O-type Field Stars. Part II: Field O stars as runaways

W. J. de Wit, L. Testi+2 more|ArXiv.org|Mar 16, 2005

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 141

一句话总结

本研究调查了银河系中的大质量O型场星是孤立形成还是从年轻星团中动态抛射而来。利用运动学数据、与年轻星团的空间接近性以及空间速度分析，研究识别出43颗场O型星中的22颗为逃逸星候选体，结论为约4±2%的O型星可能在星团外形成——与假设普遍星团丰度分布幂律指数β=1.7的统计模型一致。

ABSTRACT

In two papers we try to confirm that all Galactic high-mass stars are formed in a cluster environment, by excluding that O-type stars found in the Galactic field actually formed there. In de Wit et al. (2004) we presented deep K-band imaging of 5 arcmin fields centred on 43 massive O-type field stars that revealed that the large majority of these objects are single objects. In this contribution we explore the possibility that the field O stars are dynamically ejected from young clusters, by investigating their peculiar space velocity distribution, their distance from the Galactic plane, and their spatial vicinity to known young stellar clusters. We (re-)identify 22 field O-type stars as candidate runaway OB-stars. The statistics show that ~4% of all O-type stars with V < 8 can be considered as formed outside a cluster environment. Most are spectroscopically single objects, some are visual binaries. The derived percentage for O-type stars that form isolated in the field based on our statistical analyses is in agreement with what is expected from calculations adopting a universal cluster richness distribution with power index of beta = 1.7, assuming that the cluster richness distribution is continuous down to the smallest clusters containing one single star.

研究动机与目标

• 检验银河系中大质量O型场星是否在孤立中形成，或是否从年轻星团中动态抛射而来。
• 确定场O型星的观测群体是否可通过动力抛射机制而非原位形成来解释。
• 通过建模星团丰度分布和恒星初始质量函数（IMF），评估孤立大质量恒星形成的统计可能性。
• 将场O型星的观测运动学和空间特性与逃逸星的理论预期进行比较。
• 评估孤立O型星的存在是否对所有大质量恒星均在星团中形成的假说构成挑战。

提出的方法

• 分析依巴谷星表的自行和径向速度，计算43颗场O型星的本动空间速度。
• 评估与已知年轻星团（年龄<10 Myr）的空间接近性，以识别潜在的抛射源。
• 利用距银道面的距离作为抛射历史的运动学指标。
• 基于幂律指数β=1.7的普遍星团丰度分布进行统计建模，下限至单星星团。
• 利用初始质量函数（IMF）和星团质量函数，预测孤立O型星的预期比例。
• 将观测到的场O型星统计与理论预测进行比较，以推断形成机制。

实验结果

研究问题

• RQ1 银河系中多大比例的O型场星是来自年轻星团的动力抛射，而非孤立形成？
• RQ2 场O型星的观测运动学和空间特性是否可用动力抛射情景来解释？
• RQ3 孤立O型星的存在是否与普遍星团丰度分布和标准IMF在统计上一致？
• RQ4 观测到的场O型星群体在多大程度上支持大质量恒星仅在星团中形成的假说？
• RQ5 星团质量函数与IMF的组合如何预测在星团外形成的场O型星数量？

主要发现

• 基于本动空间速度和与年轻星团的接近性，43颗场O型星中有22颗被识别为逃逸星候选体。
• 观测到的在星团外形成的O型星比例为4±2%，与幂律指数β=1.7的普遍星团丰度分布的理论预期一致。
• 统计模型预测，即使所有恒星均在星团中形成，孤立大质量恒星形成仍可能作为星团形成的稀有结果出现。
• 场O型星群体没有显示出明显的原位形成证据，支持其大多来自星团抛射的观点。
• 结果与在大麦哲伦云和M51等河外星系中观测到的孤立大质量恒星一致。
• 陡峭的场IMF（α_field ≥ 2.8）可能源于星团大小函数与恒星质量函数的卷积，而非不同的恒星形成模式。