[DOC] 疏散星团NGC

[DOC] 疏散星团NGC 疏散星团NGC 中国科学院上海天文台年刊 2006年总第27期ANNALSOFSHANGHAIOBSERVATORYACADEMIASINICA 疏散星团NGC6530 的光度和分层效应水 赵君亮温文 (1.中国科学院上海天文台,上海200030;2.上海大学,上海200444) 提要 该文利用疏散星团NGC6530的自行观测数据和成员判别结果,给出了星团的光度函数,并详 细讨论了星团的质量分层效应.分析表明,NGC6530存在空间质量分层效应,但并不存在速度质量 分层,因此星团的表观空间质量分层可能起因于星团形成时的初始条件,而不是动力学弛豫的结果. 主题词:疏散星团一NGC6530一光度函数一分层效应 分类号:P154.11 1引言 NGC6530是一个非常年轻的疏散星团,其Triimpler分类型号为II2in, 在天球上的位置: (,2000=(1804.6,一24.20),(z,b)=(6..14,一1O.38).我们曾经利用上海天文 台佘山工作站40cm双筒折射望远镜所拍摄的两期6张照相底片,对该星团中心周围60×60 范围天区内的364颗恒星确定了自行成员概率,并对成员判定的结果和星团的空间运动进行 了有关的研究.本文将在上述工作的基础上,进一步讨论星团的光度函数和可能存在的 分层效应. 2星团的光度函数 为了得到星团的光度函数,必须把文献[1]中给出的B星等转换为绝对星等,以及将 V星等转换为绝对星等M.NGC6530的距离和红化分别取r=1.8kpc和E一=0.35,都取 自Sung等人的工作J.根据以下内禀距离模数计算公式可以得出恒星的绝对星等和 ,并由此确定星团的光度函数. (m—M)0=51gr一5一A(1) 其中A为星际消光,对于B星等和V星等,A的数值是不同的,可分别取为A=3.1E一和 A=4.1E一 .图1给出了NGC6530天区内成员概率大于0.9的250颗具有B星等数据的 收稿日期:2006-06-09;修回日期:2006-07-07 国家自然科学基金重点项目(No.10333020)资助. 62中国科学院上海天文台年刊2006钲 恒星的光度函数.经与vanAltena和Jones(以下简称AJ)样本进行交叉证认后,得到了158 颗成员概率大于0.9的具有V星等的恒星,图2给出了它们的光度函数. MB 图1250颗p>0.9的具有数据的成员星 的观测光度函数 Fig.1Bbandluminosityfunctionfor250stars withP>0.9 MV 图2158颗p>0.9的具有数据的成员星 的观测光度函数 Fig.2Vbandluminosityfunctionfor158stars withP>0.9 作为比较,图3给出了AJ样本中星团天区内成员概率大于0. 5的88颗恒星所得出的v 星等光度函数.可以看出,尽管AJ样本比我们的样本小很多,但从总体上看两者光度函数的 形状是类似的,没有明显的系统性差异.尽管图3中直方图的频数起伏较为明显 ,但这只是因 样本小而造成的统计涨落. , 图3AJ样本中P>0.5恒星M的光度函数 Fig?3Vbandluminosityfuncti.nforstarsintheAJsarnplewithp>0.5 总第27期疏散星团NGC6530的光度函数和分层效应63 3分层效应 许多研究工作表明,在一些星团中,不同质量的恒星在星团内的分布并不是均匀的,而是 随着团心距的变化而呈现出某种变化趋势.具体表现为星团内的质量大的恒星有向中心集聚 的趋势,而相对来说小质量的恒星则比较多地分布在星团的外部区域,这一现象就是质量的空 间分层效应.不仅如此,星团内的大质量恒星的速度弥散度比较小,而小质量恒星的速度弥散 度比较大,这种现象称为质量的速度分层效应.一般认为分层效应起因于恒星集团的弛豫过 程.天体系统在弛豫过程中必定会因能均分的要求,大质量天体运动速度变小并向团中心区 内落,小质量天体运动速度变大并远离团中心,从而迟早会出现空间和速度上的质量分层.因 为年龄大的星团有充分的弛豫时间,从而达到或接近达到能均分状态,一些中等年龄特别是老 年疏散星团内部存在较为明显的分层效应. McNamara和Sekiguchi曾经明确提到],非常年轻的疏散星团NGC6530也存在着质量分 层,这显然不能用弛豫过程来加以解释.下面我们对疏散星团NGC6530内部的恒星质量分 层效应进行比较详细的讨论. 3.1星团中不同区域的观测光度函数 首先利用光度函数对星团NGC6530的分层效应进行讨论.图4和图5分别给出了星团 内部区域(0<rc?2O,rc为团心距)和外部区域(r>20)的B星等光度函数.这里选择 2O作为内外区域的分界是为了使内部和外部区域内的成员星个数大致相等,可称2O为半数 目半径.经过这样划分后,在成员概率P>0.9的250颗成员星中,位于20以内和以外的恒 星分别为130颗和120颗.为了确定恒星的团心距,取这250颗恒星 的坐标平均值作为团中 心的坐标. , MB 图4NGC6530的内部光度函数 Fig.4LFofNGC6530intheinnerre~on , MB 图5NGC6530的外部光度函数 Fig.5LFofNGC6530intheouterregion 假定质光比为质量的单调函数,则光度分层在定性上可以等价成质量分层.比较图4和 图5可以看出:NGC6530的内部光度函数较外部光度函数平坦,这说明星团内部区域比外部 中国科学院上海天文台年刊2006芷 区域有较多的大质量星,而相对来说小质量星比较少,表明NGC6530中大质量亮星的中心聚 度比小质量星的中心聚度大,也就是说该星团存在一定程度的空间分层效应.如果把星团天 区按不同团心距rc范围分为三个区域:rc<13,13?<25和?25,则团星数分别为 84,85和81.图6,7,8分别给出了这三个区域的光度函数.由图可见,越靠近星团的中心区 域,大质量亮星所占的比例越大,而暗星的情况恰好相反,进一步证实了由图4,图5所表现的 星团质量空间分层效应. MB 图6团心距r<13的团星 光度函数 Fig.6LFformemberstarswith r<13 MB 图7团心距13?r<25的图8 团星光度函数 Fig.7LFformemberstarswithFig.8 13?r<25 团心距r?25’的 团星光度函数 LFformemberstars withr?25’ 3.2径向累积密度分布 本节从不同星等团星的径向数密度来考察疏散星团NGC6530的质量分层效应.为此, 把成员概率大于0.9的成员星按B星等分成三组:B<12.0,12.0?B<13.0和B?13.0. gc/() 图9NGC6530中不同星等范围团星的径向累积密度轮廓 Fig.9NormalizedcumulativeradialnumberdensityprofileforNGC6530me mberswith differentmagnituderanges 总第27期疏散星团NGC6530的光度函数和分层效应65 各组的成员星个数分别为87,80和83.图9给出了这三类成员星的归一化累积数密度的径 向分布轮廓. 由图9可以看出,在接近星团中心处,恒星的分布表现出一种随着星等值的减小(即质量 增大)而密度增加的趋势,与McNamara和Sekiguchi给出的结果相一致,这同样说明了星团 NGC6530可能存在空间质量分层. 3.3半质量半径和半光度半径 表1给出了上述三个不同B星等范围内团星的半光度半径.可以明显地看出,越明亮 (星等越小,即质量越大)的恒星半光度半径越小,这同样说明了NGC6530可能存在质量分 层.另一方面,如果假设所研究的每颗恒星都是主序星,则可以从太阳邻域内主序星的质光关 系得到恒星相对应的质量.本文利用的质光关系(—M)取自Kroupa等人的工作,其中 恒星质量以太阳质量.为单位.这样就可以得到158颗有V星等的成员星的质量,从而 得到不同星等范围星团的半质量半径,结果在表2中给出.从表2可以看出,对应较小的恒星 质量,半质量半径同样有增加的趋势.’ 表1不同B星等范围内团星的半光度半径 Table1Half-lightradiiforclustermemberswithvariousBmagnitudes 表2不同V星等范围内团星的半质量半径 Table2Half-massradiiforclustermemberswithvariousVmagnitudes 3.4速度质量分层效应 如果NGC6530确实存在分层,并且这样的分层效应是由于动力学弛豫和能均分过程产 生的,那么应该可以发现星团中的恒星不仅存在空间质量分层,同时也应该表现出速度质量分 层效应,即大质量恒星应该具有小的速度弥散度,而小质量恒星具有大的速度弥散度.本小节 讨论NGC6530的速度质量分层效应,为此需要计算不同星等范围内团星的内禀自行弥散度. 计算方法取自McNamara和Sekiguchi的文章.该方法是Jones给出的.计算的结果列于 表3,表中各列从左到右分别表示:成员概率,V星等范围,恒星平均质量,分组样本的大小, 和6方向的内禀自行弥散度以及它们的加权平均值. 中国科学院上海天文台年刊2006正 从表3可以看出,内禀自行弥散度都具有足够的精度(最暗的样本组精度较差).与表列 数字的中误差相比,各个样本组中恒星的内禀自行弥散度没有明显的差别,尤其是对于成员概 率较高(p?0.95)的团星更是如此.由此看来,疏散星团NGC6530看来并不存在明确的速 度一质量关系,即不存在速度质量分层效应. 表3NGC6530内团星的速度一质量关系 Table3Velocity-massdependenceformembersofNGC6530 考虑到有V星等的团星的样本比较小,我们又对NGC6530内具有B星等的364颗团星 进行了研究,进一步讨论了NGC6530内部的速度一质量关系.类似地,把样本按成员概率 p?0.90和p?0.95两种情况进行分析,结果由表4给出,表中从左到右分别列出:成员概率, B星等范围,分组样本的大小,a和方向内禀自行弥散度以及它们的加权平均值.显然,表4 的结果和表3的结果几乎是一致的,尤其是对于p?0.95的恒星来说,显然不存在速度一光 度关系,或者说团星不存在速度的光度(质量)分层. 表4NGC6530内团星的速度一光度关系 Table4Velocity-luminositydependenceformembersofNGC6530 总第27期疏散星团NGC6530的光度函数和分层效应67 传统的观点认为,疏散星团内部存在的质量分层效应是恒星处于能均分或者接近能均分 状态时产生的一种结果.但通过以上的讨论发现,对于本文所研究的疏散星团NGC6530的 质量分层效应,这种解释并不合理.NGC6530是一个非常年轻的疏散星团,年龄不超过2× 10年,甚至还小于星团的穿越时标.对于这样的一个其中还有很多处于引力坍缩阶段恒星 的极端年轻疏散星团来说,星团内部根本不可能有充足的时间达到或接近能均分状态,上述有 关速度质量分层效应的讨论也证明了这一点.正如McNamara和Sekiguchi所指出的那样, 星团的初始形成条件也有可能就导致团星类似分布的形成.从上述 讨论也许可以得到这样的 结论,即NGC6530中团星在位置上的分布表明,这个星团的空间质量分层也许是星团形成过 程的自然结果,而不是由星团内部的弛豫过程产生的. 4小结 本文从实测结果得到了疏散星团NGC6530的光度函数,通过与AJ样本的光度函数的比 较,说明虽然样本大小不同,但有关光度函数的结果是类同的. 通过分析不同区域的光度函数,以及对不同星等范围团星的径向数密度分布和半质量半 径及半光度半径的比较,详细地讨论并说明了NGC6530内部存在着空间质量分层效应.但 是,有关团星速度弥散度与质量(或光度)的关系的分析,表明该星团内部并不同时存在速度 质量分层.因此,观测到的NGC6530的空间质量分层效应很可能主要是由该星团形成时的 初始条件造成的. 致谢:本文得益于陈力研究员的讨论和帮助,谨表示真诚的谢意. [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7]? [8] [9] [10] 参考文献 温文,赵君亮,陈力.中国科学院上海天文台年刊,2005,26:79 温文,赵君亮,陈力.天文,2006,47:9 SungH,ChunM,BessellMS.AJ,2000,120:333 vanAltenaWF,JonesBF,A&A,1972,20:425—436 VandenBerghS,SherD.Pub.David,Dunlap.Obs.,1960,2:203 Lgl~onRB.SymposiumontheOrionNebulatoHonorHemorHenrryDraper( Ann.NYAcad.Sci.), 1982,395:274 ZhaoJL,TianKP,ShuCG.AstrophysicsandSpaceScience,1996.235:93 McNamaraBJ,SekiguchiK.ApJ,1986,310:613 KroupaI,ToutC,GilmoreG.MNRAS,1993,262:545 JonesBF.AJ,1970,75:563 中国科学院上海天文台年刊2006正 LUMINoSITYFUNCTIoNANDSEGREGATIoNEFFECT oFTHEoPENCLUSTERNGC6530 ZHAOJunliangWENWen (1.ShanghaiAstronomicalObservatory,ChineseAcademyofSciences,Shanghai200030; 2.ShanghaiUniversity,Shanghai200444) Abstract UsingtheobservationaldataoftheopenclusterNGC6530ofShanghaiAstronomicalObservato- ryandthepropermotionmembershipdeterminedonthebasisofthedata,theluminosityfunctionof theclusterisgivenanditsmasssegregationeffectisdiscussedinsomedetails.Fromanalysesonthe luminosityfunctionsofmembe~indifferentareasofthecluster,theradialnumberdensityprofilesof membe~withdifferentmassesandthehaft-massorhaft-lightradiiofvariousmassormagnitude groupsofmembers,itisshownthatthereexiststhespatialmasssegregationforthecluster,but therearenodefinitiveevidencestodemonstratethevelocity-massdependenceorthevelocitymass segregationofclustermembe~,fromwhichitmaybeconcludedthattheapparentspatialmassseg- regationoftheclusterisverylikelymainlyduetotheinitialconditionswhentheclusterformedin- steadofthetwo.bodyrelaxationprocessafterwards. Keywordsopencluster—NGC6530一 segregationeffect luminosityfunction—