[论文解读] The young massive SMC cluster NGC 330 seen by MUSE II. Multiplicity properties of the massive-star population

J. Bodensteiner, H. Sana+11 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|Apr 27, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 87被引用 4

一句话总结

本研究利用甚大望远镜/多复用元子光谱仪（VLT/MUSE）的多历元积分场光谱观测，对小麦麦哲伦云中一个4000万年大的NGC 330星团内的低金属丰度环境中B型恒星进行了首次均质径向速度（RV）巡天。在修正了观测偏差（尤其是SB2探测偏差）后，发现大质量恒星的偏差校正后紧密双星分数为34⁺⁸₋₇%，而较暗、质量较小的B型恒星双星分数显著下降，表明双星性质可能受演化或质量依赖效应影响。

ABSTRACT

Observations of massive stars in young open clusters (< ~8 Myr) have shown that a majority of them are in binary systems, most of which will interact during their life. Populations of massive stars older than ~20 Myr allow us to probe the outcome of such interactions after many systems have experienced mass and angular momentum transfer. Using multi-epoch integral-field spectroscopy, we investigate the multiplicity properties of the massive-star population in NGC 330 (~40 Myr) in the Small Magellanic Cloud to search for imprints of stellar evolution on the multiplicity properties. From six epochs of VLT/MUSE observations supported by adaptive optics we extract spectra and measure radial velocities for stars brighter than F814W = 19. We identify single-lined spectroscopic binaries through significant RV variability as well as double-lined spectroscopic binaries, and quantify the observational biases for binary detection. The observed spectroscopic binary fraction is 13.2+/-2.0 %. Considering period and mass ratio ranges from log(P)=0.15-3.5, and q = 0.1-1.0, and a representative set of orbital parameter distributions, we find a bias-corrected close binary fraction of 34 +8 -7 %. This seems to decline for the fainter stars, which indicates either that the close binary fraction drops in the B-type domain, or that the period distribution becomes more heavily weighted towards longer orbital periods. Both fractions vary strongly in different regions of the color-magnitude diagram which probably reveals the imprint of the binary history of different groups of stars. We provide the first homogeneous RV study of a large sample of B-type stars at a low metallicity. The overall bias-corrected close binary fraction of B stars in NGC 330 is lower than the one reported for younger Galactic and LMC clusters. More data are needed to establish whether this result from an age or a metallicty effect.

研究动机与目标

• 研究小麦麦哲伦云中一个4000万年大的NGC 330星团内大质量恒星的多重性特征，该星团处于低金属丰度环境。
• 测量B型恒星中的光谱双星分数，并对观测偏差进行校正，特别是低分辨率MUSE数据中的SB2探测偏差。
• 利用颜色-星等图（CMD）区域评估双星演化如何在不同演化阶段的观测多重性中留下印记。
• 将推导出的双星分数与更年轻、更高金属丰度星团中的结果进行比较，以区分年龄和金属丰度对初始多重性的影响。
• 为未来基于叠加径向速度数据的恒星参数和旋转速度分析奠定基础。

提出的方法

• 采用自适应光学的宽场模式进行六次历元的VLT/MUSE多历元观测，覆盖波段更广。
• 对视星等亮于m_F814W = 19的恒星进行光谱提取和径向速度（RV）测量，对应主序星上约5.5 M⊙的质量。
• 通过径向速度变化（峰峰值振幅 >20 km s⁻¹）识别单线光谱双星（SB1s）。
• 通过光谱的目视检查，检测复合谱线及线轮廓变化，以识别双线光谱双星（SB2s）。
• 通过模拟观测偏差：基于主星径向速度振幅的SB1偏差，以及由于两分量谱线强度相似导致的SB2偏差，使用合成双星星族进行模拟。
• 利用具有代表性的轨道参数分布（log P = 0.15–3.5，q = 0.1–1.0）对观测到的光谱双星分数进行偏差校正。

实验结果

研究问题

• RQ1 在修正观测偏差（尤其是SB2探测偏差）后，NGC 330中大质量恒星的真实紧密双星分数是多少？
• RQ2 光谱双星分数在颜色-星等图的不同演化阶段如何变化？这揭示了双星相互作用历史的哪些信息？
• RQ3 NGC 330中观测到的双星分数是否低于更年轻、更高金属丰度的星团，这种差异是由年龄还是金属丰度效应造成的？
• RQ4 在低金属丰度环境中，Be星的多重性与B型恒星相比如何？
• RQ5 观测数据中显示的星等依赖性趋势是否表明双星分数随恒星质量减小而下降？

主要发现

• 视星等亮于m_F814W = 19的恒星中，观测到的光谱双星分数为f_SB^obs = 13.2 ± 2.0%。
• 在修正观测偏差后，大质量恒星群体的偏差校正后紧密双星分数（log P < 3.5）为f_cl = 34⁺⁸₋₇%。
• 偏差校正后的紧密双星分数从B5型及更早的光谱型对应星等范围的约55%下降至约25%，表明多重性可能随质量减小而降低。
• 位于并靠近星团转折点附近的恒星，其观测到的光谱双星分数显著更高（约30%），远高于主序星（约10%）或Be星（约6%）。
• Be星的观测光谱双星分数为f_SB^obs = 2 ± 2%，显著低于B型恒星（f_SB^obs = 9 ± 2%），提示其可能具有不同的演化路径或形成机制。
• NGC 330的整体偏差校正后双星分数低于更年轻、位于银河系和大麦哲伦云中的星团，可能归因于年龄相关的演化或金属丰度效应，尽管要区分这两者仍需更多数据。