The Origin of Massive O-Type Field Stars
1. A Search for Clusters


de Wit, Testi, Palla, Vanzi, Zinnecker
2004 AA 425, 937 - 948




 アブストラクト

 フィールド O-型星 43 個の生誕率を求める研究を行っている。この第1論文では 観測的側面、つまり対象星の周りに星団があるかどうかを調べた。NTT, TNG 画像と 2MASS カタログから星の表面密度分布を調べた。分解能は星団の典型スケール 0.25 pc と 1 pc である。  O-型フィールド星の大部分は孤立星であった。5/43 = 12 % が小さな星団を 伴っていた。この結果の解析は第2論文で述べる。


 1.イントロダクション 

 フィールド O-型星 

 フィールド O-型星とは星団またはアソシエイションに属していると 知られていない大質量星である。Gies 1987, Mason et al 1998 によれば、 これらの星は O-型星全体の約 20 % と見積もられている。

 星の密度分布図 

 深い近赤外撮像に基づき、星の密度分布図を作る。それに加え、文献にある 若い星団が近くにあるかどうかも調べた。
力学的放出 

 その結果の解析は第2論文で述べるが、フィールド O-型星は星団から力学的 機構で弾き飛ばされたと考えられる。


 2.フィールド O-型星の数 

 2.1.名前の定義 

 フィールド星 

 フィールド星とは星団またはアソシエイションに属していない星で、 したがって、通常古い種族に属している。しかし、フィールド星でありながら、 大質量で従って若いに違いない星が存在する。それらは二つのグループに分かれる。

 暴走星 

 一つは暴走星で大きな空間速度を有している。しかしこれらの星は星団の メンバーと考えてよい。

 低速度星 

 第2グループは空間速度の小さな星である。これ等の星が従来あまり大きな 関心を払われなかったのは、固有運動が決まれば大きな空間速度を持つかも知れない、 隠れた星団のメンバーかも知れない、などの可能性が残されているからであろう。 また、それらが遠く離れていたことも研究が進まなかった理由である。 この論文では暴走星はフィールド星から外す。


図1.M98 O-型星カタログ中のフィールド O-型星の割合を サブタイプ毎に示す。サンプル数が小さいことを考えると、 割合は一定と見てよい。

 2.2.O-型星のカタログ 

COS82 

 COS82 = Catalog of O type stars Garmany et al 1982 は 2.5 kpc までの 体積限界サンプル 765 個を含む。データは文献の収集である。 表1にはその他の3つのカタログも載せた。それらは一部 COS82 に 依存している。

表1と図1

 表1の第4列にはフィールド O-型星の数と全体に対する割合が載せてある。 これを見ると COS82 から G87 で 44 % から 22 % へと急減し、その後は 安定している。Maon et al 1998 のカタログにあるフィールド O-型星の スペクトルサブタイプの分布を図1に示した。この割合がほぼ一定である ことから、もしも孤立性の大質量星形成があったとしてもその IMF は クラスターと同じと考えられる。

 カタログの比較 

 G87, M98, M04 カタログ間のフィールド O-型星数の差は、星団・ アソシエイションメンバーに入れられたり、WRとの連星であることが 分かった O-型星の加入などがある。暴走星をフィールド星に入れるか どうかもカタログ毎に異なる。表1に Cruz-Gonzalex et al 1974 は入れない。 なぜなら、このカタログは HIIR に重点を置き、フィールド星かどうかを 示していないからである。


表1.O-型星カタログ


 2.3.サンプル選択 

M98 カタログ 

 この論文では Mason et al 1998 カタログから 39 個のフィールド O-型星を 選んだ。それに、 4 個の V > 8 mag 星を加えた。彼らはスペックル干渉計を 用いて、 0.035 < ρ < 1.5 の範囲で伴星を探した。彼らによると、フィールド O-型星の少なくとも 35 % には 分光か可視像で伴星がある。表 2 には M98 カタログからの情報を載せた。

G87 との比較 

 M98 は G87 の改訂版と言える。。それで、M98 に挙げられたフィールド O-型星 43 個は、その後星団メンバーと分かった 4 星を除いて G87 と、 重なっている。

 データの大元は? 

 G87 カタログは基本的には Humphreys, McElrot 1984 の Luminou Star Catalog (LSC) から V < 8 mag O-型星を選んで作られた。 そして、LSC の O-型星入力は主に COS82 から来ている。星団・アソシエイション に属するかどうかの判定は、 LSC 星を Alter et al 1970, Ruprecht et al 1981 の星団、アソシエイションカタログと比較して行った。
暴走星の判定 

 暴走星の判定は次の3つの基準で行った。
(1)固有視線速度が 30 km/s より大きい
(2)空間速度が 30 km/s より大きい。
(3)銀河面より 500 pc 以上離れている。



 フィールド星 

 M98 サンプル中 43 O-型星が星団メンバーでも暴走星でもないとして残った。 それらはフィールド星と名付けられた。ただし、その後三つの星が暴走星と 認定された。表2ではそれらにアステリスクを付けた。

 HD48149 は外す。

 SIMBAD によると、HD48149 は G2/G3V である。SIMBAD はこの星が NGC 2244 中 の O8.5V 星 HD46149 と混同されやすいと述べている。この星も外した。


 3.観測と探査方法 

 3.1. ESO/NTT, INAF/TNG 観測と 2MASS 

 視野 

 NTT の SOFI, TNG の NICS の視野は共に 5x5 分角である。図2には その視野が天体距離で何パーセクにあたるかを示した。2MASS は 20x20 分角のデータを PSC から採った。

 バンド 

 NTT と 2MASS は Ks バンド(2.16μm)、TNG は K' バンド(2.12μm) を 使用している。

 露出 

 長時間露出で暗い星を映そうとしたため、中央の O 型星は飽和している。 また、より広い範囲での星団サーチを 2MASS で行った。

 3.2. 計数方法 

ビン 

 深いが狭い TNG, NTT 画像は 11x11 区画に分割し、浅いが広い 2MASS データ は 15x15 区画に分けた。これらのデータから、平均数密度、ポアソン標準偏差 が求められた。3σ のズレを有意な密度超過とした。3σ が O-型星 の属する区画で起きたら、物理的なクラスターである可能性は高い。

 密度マップ 

 検出完全性より明るい星のみを考慮した。完全度限界はフレーム毎に異なる。 第4章で密度マップを示す。密度マップの分解能は 2MASS で 0.15 - 2 pc, TNG, NTT で 0.15 - 0.5 pc である。  

図2.天体距離と視野の分布。


 4.フィールド O-型星;単独星? 星団星? 

 65 pc 内の若い星団の有無に特に気を付けた。なぜなら、フィールド O-型星の 平均固有速度は 6.4 km/s であり、 10 Myr で 65 pc 星団から離れるかも 知れないからである。



 4.1.HD 1337 ( = AO Cas)  

 O9.5III+O8V の食連星。UV スペクトルに星風衝突の特徴が見える。ROSAT Faint Source 1RX J001747.4+512549 でもある。分光距離は 1.2、2.1, 3.9 kpc に散らばる。 最大距離 3.9 kpc では銀河面から 750 pc 離れる。2.1 kpc/65 pc 内に星団は 存在しない。従って、HD 1337 の近傍に星団は存在しないと結論する。
 4.2.HD 15137  

 画像は単独星だが、スペクトルは二重線連星の特徴を持つ。2 arcmin(= 2pc) 南 に IRAS02245+5217 があるが、IRAS 60 μm 像に見える大きなループの部分的構造 かも知れない。65 pc 以内に若い星団はない。TNG マップで (0, -2) に二つの 密度ピークが見られるが 2MASS マップにはない。

4.3.HD 36879

 予想外に細い Si IV ラインが UV で見えた。星風バブル内でゆっくり蒸発する 雲に由来するのではないか。 10 pc 離れて孤立 T Tau 星が存在する。最も近い 早期型星は HD 245310(B2) で 7 pc 離れている。ただし 65 pc 内に若い星団はない。 NTT Ks 画像には 9".6 離れた星が写っているが、2MASS によると (J-K) = 1.08 で 晩期型星と考えられる。



図3.左= Ks 5arcmin 画像。中=左の星数密度マップ。右=2MASS 40x40 arcmin マップ。

 4.4.HD 39680  

 バルーマー二重輝線と赤外超過を示す。恐らく星風の f-f 放射による ものであろう。古典的 Be 星と似た長期で大きな変光を持つ。この点で HD 60848 と似る。可視連星である。近くに星団ない。

 4.5.HD 41161 

 9.8" 離れた可視連星。IR バウショックが見え、大きな空間速度を示唆する。 銀河面から離れ、近くに星団なし。
4.6.HD 48279

 Mon OB2 アソシエイションフィールド内にある。この星がそれに属する かどうかはっきりしない。65 pc 内には若い星団 Dolodze 25 があるが 距離が 6.3 kpc と遠い。2MASS でのオフセット (-20, -20) に星団らしき 像が見える。DSS 画像にはその位置に明るい星の集団が見える。この星団 の中心は A2 星 HD 289038 らしい。



図4.HD 39680、HD 41161、HD 48279

 4.7.HD 52266 

 距離 1 kpc の CMa OB1 と近い方向だが、この星の距離は 1.7 kpc なので物理的な関連は薄い。分光連星候補。

4.8.HD 52533 

 多重星に見える。近くには SAO 134062 (早期型星)、HD 52504(B1) が ある。早期型星の集合があると判定する。
4.9.HD 57682

 IRAS 07196-0852 でかつ X 源 J072201.7-085844. 分光では 孤立星。NTT/SOFIA 密度マップはこの星の周りに集合の表徴を 示す。2MASSの集合は少しずれている。星団は怪しい。



図5.HD 52266, HD 52533, HD 57682

 4.10.HD 60848 (BN Gem)

 BN Gem の分光での多重性は確認されていない。Be 星に特徴的な 連続光の増減を示す。投影距離 65 pc 以内に早期型星はない。

 4.11.HD 66811 (ζ Pup) 

  ζ Pup は太陽に最も近い O-型星である。暴走星とされるが 視線速度は確かでない。Gum 星雲の励起星の一つである。この星を 加えたのは M98 に載っていたからで、データの完全性のためである。
4.12.HD 75222

 ヒッパルコスの観測はこの星の空間速度を 57.2 km/s とした。 Reed 2000 は減光の値から、この星を Vel OB1 の一員とした。 この星も ζ Pup と同じく、完全性のために加えられた。



図6.HD 60848 (BN Gem)、HD 66811 (&teta; Pup)、HD 75222

 4.13.HD 89137 

 一本線分光連星候補。1.3 arcmin 離れて IRAS10137-5059 がある。 NTT 密度マップでは (1.6, 1.0) に強いピークを示す。

 4.14.HD 91452 

 分光からは単独星。カリーナ腕方向にあり、θ Car 星団から 1.5° 離れている。Av = 1.5。65 pc 以内の星団はない。
4.15.HD 96917

 単線分光連星。カリーナ腕方向にある。近くに星団はない。



図7.HD 89137、HD 91452、HD 96917

 4.16.HD 105627

 混んだ場所にいるが、他の O-型星からは離れている。

 4.17.HD 112244

 可視連星で、伴星は K0III である。IRAS 12529-5633 であり、X 線源でもある。
4.18.HD 113659

 M98 によると未知の分光多重星である。LSC はCen OB1 成員と している。フィールド O-型星かどうかは怪しい。



図8.HD 105627, HD 112244, HD 113659

 4.19.HD 117856

 1.6" 離れた連星。位置は暗黒雲と HIIR が沢山ある、南の石炭袋 (距離= 180 pc) の一部の中である。ただ、この星の距離は 1.7 kpc なので、この星形成域の向こう側に離れている。Stock 16 は 60 pc 離れた若い星団で、 HIIR RCW 75 とおそらく関係する。この HIIR は距離 1,9 kpc で HD 117856 とほぼ同距離である。しかし、密度 マップには超過がない。
星団名 角距離(deg) 実距離(pc) 年齢(Myr) 距離(kpc) Ref
Stock16 1.9 57 4 1.9 Turner85
4.20.HD 120678 

 変更輝線星でかつ高回転星である。混んだ領域にあり、近くに HD 120634 (4.5 pc, B2) と HD 120578 (3.3 pc, B5) がある。マップ に密度超過は見られない。

4.21.HD 122879

 表1では O9.5I だが、 B0Ia だろう。Cen OB1 の一員とされる。



図9.HD 117856, HD 120678, HD 122879

 4.22.HD 123056

 分光的には単独星である。G87 のフィールド O-型星のサンプル には入っていない。 1.5' 離れて IRAS14040-6014 がある。

 4.23.HD 124314 

 2.7' 離れた可視連星である。輝線星であり、HIIR RCW 85 の 励起星でもある。1.5' 離れて IRAS14111-6127 がある。若い星団 NGC 5606 が 45 pc の所にあるが、太陽と HD 124314 までの距離の 倍離れている。
4.24.HD 125206

 分光連星候補である。HIIR RCW85 の 10 pc 北にある。NGC 5606 と同じ距離にある。2MASS マップで (-12, 7) のピークは IRAS14183-6044 と関係するかもしれない。もう一つのピーク (12, -17) は IRAS 14143-6108 の近くにある。
星団名 角距離(deg) 実距離(pc) 年齢(Myr) 距離(kpc) Ref
NGC5606 1.7 51 7 2.4 Vazquez94



図10.HD 123056, HD 124314, HD 125206

 4.25.HD 135240

 07III-V, O9.5V, B0.5V の3重星である。年齢が O7 は 2.5 Myr, O9.5 が 5.1 Myr と異なる。1 pc 離れて Be 星 HD 135160 がある。 また 1.3 pc 離れて B3 星がある。

 4.26.HD 135591

 3重星で第3星は A8III で 44.5" 離れ、未だ前駆主系列期に ある。近くに 3 pc 離れて HD 135786 があるが、星団はない。
4.27.HD 153426

 分光連星で、HIIR Sharpless 2 から半度以内にある。SIMBAD の 分類は誤っている。NTT 密度マップを見ると、明らかな密度ピーク がすぐそばにある。これは実星団であろう。



図11.HD 135240, HD 135591, HD 153426

4.28.HD 153919 

 食連星であり、暴走星 HMXB4U1700-37 として知られている。 星は散開星団 NGC6281の中にある。ここに載せたのは M98 に あったので、完全性のためである。

 4.29.HD 154368

 食連星で Sco OB1 近くにある。IRAS 17031-3522 かも知れない。 若い星団 Bochum 13 が 65 pc 以内にある。
星団名 角距離(deg) 実距離(pc) 年齢(Myr) 距離(kpc) Ref
Bochum13 2.2 42 6.3 1.7 Battinelli94
4.30.HD 154643

 65 pc 以内に Bochum13 がある。この星団は 6.3 Myr で 1.7 kpc 離れている。
星団名 角距離(deg) 実距離(pc) 年齢(Myr) 距離(kpc) Ref
Bochum13 1.9 44 6.3 1.7 Battinelli94



図12.HD 153919、HD 154368、HD 154643

 4.31.HD 154811 

 超巨星らしい。IRAS17060-4657 は 1.5' 離れている。

 4.32.HD 158186 

 食連星。領域は活発な星形成領域である。暗黒雲 LDN1732 の 中心はこの星と一致する。この星は近くにある HIIR BBW32300 の 励起星かも知れない。65 pc 以内に 3つの若い星団がある。 その内、 NGC6383 は Sgr OB1 に属する。
4.33.HD 161853

 分光単線連星であり、HIIR RCW 134 の励起星である。Ratag et al 1999 は PN とした。近くに Collider 347 がある。星形成域内に あるに拘わらず、この星は星団に属していない。
星団名 角距離(deg) 実距離(pc) 年齢(Myr) 距離(kpc) Ref
Collider347 2.0 55 6.3 1.5 Battinelli94



図13.HD 154811, HD 158186, HD 161853

 4.34.HD 163758

 WR 星。25 pc 離れて B2 星 HD 163924 がある。近くに若い星団なし。

 4.35.HD 165319  

 23'x23' HIIR RCW 158 の上にあり、E(B-V)=0.79 の減光を受けている。 したがって、HIIR に付随するか、その背後にある。18 pc 離れて、 O-型星 ALS4657 がある。近くに星団なし。
4.36.HD 169515 (RY Sct)

 RY Sct はよく知られた二重線食連星である。天体の周りにコンパクト 若い星雲がある。星は多数の暗黒雲、メーザー、HIIR が存在する 領域にある。5' 離れて大質量原始星候補 IRAS 18223-1243 がある。 したがって、ここは活発な星形成領域である。星団 NGC 6604 は 4 Myr で距離 1.1 kpc の位置、Sharpless 2-54 にある。
星団名 角距離(deg) 実距離(pc) 年齢(Myr) 距離(kpc) Ref
NGC 6604 1.9 65 4 1.1 Battinelli94



図14.HD 163758、HD 165319、HD 169515 (RY Sct)

 4.37.HD 175754 と HD 175876 

 HD 175754 は輝線星であり、銀河面の 400 pc 下にある。HD 175876 は z = -420 pc で連星である。二つの O-型星は 1.3° 離れている。 これは 50 pc に相当する。二つの天体は Scutum Supershell (Callaway et al 2000) の "blowout" に関係しているのではないか。

 4.38.HD 175876

 4.37.を見よ。
4.39.HD 188209

 z = -330 pc で暴走星候補とされている。65 pc 内に若い星団はない。28 pc 離れて B0.5III HD 188439 がある。



図15.HD 175754、HD 175876、HD 188209

 4.40.HD 193793 

 6" 離れた連星と WR-O 分光連星 WR 140 との三重星系である。この星系は 衝突星風の典型例で、軌道が接近する度にダスト形成を起こしている。 IRAS 60 μm 像はリング状の赤外放射を示す。

 4.41.HD 195592 

 輝線星で Cyg X 領域内にある。IRAS バウショックが検出されている。二つの 星団は年齢が決まっていない。
星団名 角距離(deg) 実距離(pc) 年齢(Myr) 距離(kpc) Ref
W 75N IR Cluster 2.2 54 - 2.0 Hoddap94
DR 21 2.5 61 - 3.0 Itoh99
4.42.HD 201345 

 z = -300 pc で近くに星団はない。



図16.HD 193793、HD 195592、HD 201345

 4.43.HD 202124 

 分光単独星である。Cygnus superbubble (Uyaniker et al 2001)方向にある。 この構造体はオリオン局所腕に沿った方向にある。30 pc 離れて B2 星がある。



図17.

 5.まとめ 

 フィールド O-型星は星団と無関係か? 

 Mason et al 1998 のフィールド O-型星サンプルの周りの K-バンド画像を 用いて、周辺に星の集団がないかどうかを調べた。一般には星団中に存在して いないことがわかった。しかし、次の 5 星、HD 52266, HD 52533, HD 57682, HD 153426, HD 195592 は星団中に存在していた。
 低速度テイル部 

 フィールド O-型星の近くに星団がないという Gies 1987 の結論は大体確認された。 Gies は、フィールド O-型星の起源は星団から力学放出された星が持つ速度分布の 低速度テイル部であろうと述べた。次の論文では空間速度を調べて彼の結論を調べる。


 表2.Maon et al 1998 からのフィールド O-型星リスト  http://www-int.stsci.edu/~jmaiz/GOSmain.html