Rapid dynamical processes in the cores of young LMC star clusters

Main collaborators: Chengyuan Li (KIAA, PKU; China), Yi Hu, Licai Deng

(NAOC, China), Aaron Geller (Northwestern Univ., USA)

Richard de Grijs | 何锐思 �Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics

Peking University, China

(Chengyuan  will  soon  apply  for  postdoc  posi6ons…)  

Hodge  11  

(de  Grijs  et  al.  2002,    MNRAS,  337,  597)    

NGC 1818

log (t/yr) 7.25–7.65 [Fe/H] –0.4 dex Rcore 2.1 ± 0.4 pc Rhl 2.6 pc Mcl 2.8 x 104 M¤

NGC  1805   Our  young  LMC  clusters  

NGC  1818  

Single-star main sequence

Binary sequence

U–V

V

Primordial binaries?

(Elson  et  al.  1998,  MNRAS,  300,  857)

NGC  6752  Milone  et  al.  2010,  ApJ,  709,  1183  

Primordial binaries?

(Hu  et  al.  2010,  ApJ,  724,  649)  cluster  

field  

field  

Background  decontaminaMon:  NGC  1805          (Li,  de  Grijs,  &  Deng  2013,  MNRAS,  436,  1497)  

(Hu  et  al.,  2010,    ApJ,  724,  649)  

(Hu  et  al.,  2010,  ApJ,  724,  649)  

≈  (V–I)  color  

(Hu  et  al.,  2010,  ApJ,  724,  649)  log(mass ratio) è

Bin

ary

frac

tio

n è

≈  (V–I)  color  

(de  Grijs  et  al.  2013a,  ApJ,  765,  4)  

Binaries …

… and mass segregation

NGC  1818  

Ble

nd

ing

fra

cti

on

(de  Grijs  et  al.  2013a,  ApJ,  765,  4;    Li,  de  Grijs,  &  Deng  2013,  MNRAS,  436,  1497)  

NGC  1805  

NGC  1818  

Correcting for blends …

blending  

2  pixel  resoluMon  =  0.05  pc  SeparaMons  <  10,000  AU  

… and incompleteness (de  Grijs  et  al.  2013a,  ApJ,  765,  4;    

Li,  de  Grijs,  &  Deng  2013,  MNRAS,  436,  1497)  

NGC  1805  

NGC  1818  

(Li,  de  Grijs,  &  Deng  2013,  MNRAS,  436,  1497)  

(Li,  de  Grijs,  &  Deng  2013,  MNRAS,  436,  1497)  

NGC  1818  

NGC  1805  

NGC  1818  

Li,  de  Grijs,  &  Deng,  2013,    MNRAS,  436,  1497  

NGC  1805  

NGC  1805  

(Li,  de  Grijs,  &  Deng  2013,  MNRAS,  436,  1497)  

(Li,  de  Grijs,  &  Deng  2013,  MNRAS,  436,  1497)  

NGC  1818  

(Geller,  de  Grijs,  Li  &  Hurley,  2013,  ApJ,  779,  30)  N  =  36,000,  Mcl  ~  21,800  M¤  

0.96

0.97

0.98

t = 0

0.75

0.76

0.77

0.78

0.79

f bin (

<=

R)

t = 30 Myr

0 5 10 15 20R (pc)

0.68

0.70

0.72

0.74 t = 2.2 Gyr

0 5 10 15 20R (pc)

0.24

0.26

0.28

0.30

0.32

f bin (

<=

R)

3D  

2D  projecMons  

(Geller,  de  Grijs,  Li  &  Hurley,  2013,  ApJ,  779,  30)  

(Geller,  de  Grijs,  Li  &    Hurley,  2013,  ApJ,  779,  30)  

The onset of “binary segregation”

(Geller,  de  Grijs,  Li  &  Hurley,  2013,  ApJ,  779,  30)  

t = 30 Myr

•  We  have  shown  that  the  compact,  15–30  Myr-­‐old  Large  Magellanic  Cloud  cluster  NGC  1818  exhibits  an  increasing  frac6on  of  F-­‐star  binary  systems  with  increasing  radius  

•  This  offers  support  of  the  theoreMcally  predicted  but  thus  far  unobserved  dynamical  disrup6on  processes  of  the  significant  populaMon  of  ‘soC’  binary  systems  in  star  clusters;  “normal”  dynamical  evoluMon  occurs  on  longer  Mme-­‐scales    

•  The  (approximately)  equally  old  LMC  cluster  NGC  1805  exhibits  the  opposite  behaviour  

•  This  likely  implies  a  significant  difference  in  dynamical  age  (rather  than  chronological  age)  

Pre-­‐announcement:  IAU  Symposium  on  the  “Forma;on,  evolu;on,  and  survival  of  massive  star  clusters”  

 SOC:  Corinne  Charbonnel  (co-­‐chair),  Antonella  Nota  (co-­‐chair),    

Holger  Baumgardt,  Peter  Coirell,  Richard  de  Grijs,  Bruce  Elmegreen,    Yasuo  Fukui,  Patrick  Hennebelle,  Eva  Noyola,  Jan  Palous,    

Margarita  Sharina,  Nicole  St  Louis,  Elena  Terlevich