[論文レビュー] A comprehensive study of Cepheid variables in the Andromeda galaxy. Period distribution, blending and distance determination

F. Vilardell, C. Jordi+1 more|ArXiv.org|Jul 19, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 31被引用数 22

ひとこと要約

本研究では、アイザック・ニュートン望遠鏡から得られた5年間の高タイムスケール $B$ および $V$ 光度観測データを用いて、アンドロメダ銀河（M31）内の416個のセフェイド変光星を包括的に分析した。振動モードの特定と、新規に開発された混合補正法を適用することで、高振幅セフェイド（$A_V > 0.8$ mag）を用いて距離モジュラス $(m-M)_0 = 24.32 \pm 0.12$ mag を導出し、混合が金属量補正と同程度に距離推定に影響を与えることを示した。

ABSTRACT

Extragalactic Cepheids are the basic rungs of the cosmic distance scale. They are excellent standard candles, although their luminosities and corresponding distance estimates can be affected by the particular properties of the host galaxy. Therefore, the accurate analysis of the Cepheid population in other galaxies, and notably in the Andromeda Galaxy (M31), is crucial to obtaining reliable distance determinations. We obtained accurate photometry (in B and V passbands) of 416 Cepheids in M31 over a five year campaign within a survey aimed at the detection of eclipsing binaries. The resulting Cepheid sample is the most complete in M31 and has almost the same period distribution as the David Dunlap Observatory sample in the Milky Way. The large number of epochs (~250 per filter) has permitted the characterisation of the pulsation modes of 356 Cepheids, with 281 of them pulsating in the fundamental mode and 75 in the first overtone. The period-luminosity relationship of the fundamental mode Cepheids has been studied and a new approach has been used to estimate the effect of blending. We find that the blending contribution is as important as the metallicity correction when computing Cepheid distance determinations to M31 (~0.1 mag). Since large amplitude Cepheids are less affected by blending, we have used those with an amplitude A_V>0.8 mag to derive a distance to M31 of (m-M)_0=24.32+/-0.12 mag.

研究の動機と目的

• M31におけるセフェイド変光星の完全かつ正確なサンプルを取得し、距離決定を改善すること。
• 特に局所銀河団における銀河間セフェイドの周期分布および振動モードを特徴づけること。
• 解明不能な伴星からの光（混合）がセフェイドの明るさおよび距離推定に与える影響を定量化すること。
• 銀河間セフェイド光度観測における混合効果を推定するための新手法を開発・適用すること。
• 混合および金属量補正による系統的バイアスを最小限に抑えた、M31への距離モジュラスを堅牢に導出すること。

提案手法

• アイザック・ニュートン望遠鏡を用いた5年間の光度観測調査を実施し、M31の北東領域におけるセフェイド候補に対して、各フィルタ（$B$ および $V$）で約250エポック分のデータを収集した。
• 高精度の相対光度測定を実行し、416個のセフェイド変光星の高信頼性光曲線を生成した。
• 光曲線の形状および周期解析を用いて、基本モードおよび第一オーバートーンの振動モードを特定した。
• フィルタ間の光度オフセットの振幅依存性を分析することで、混合効果を推定する新手法を開発した。
• 基本モードセフェイドに周期-明るさ（P-L）関係を適用し、混合バイアスを低減するための振幅カット（$A_V > 0.8$ mag）を用いた。
• Udalskiら（1999）の関係を用いてP-L関係をキャリブレーションし、金属量補正を適用したが、混合寄与分を独立して分離した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M31におけるセフェイド変光星の周期分布は何か？また、のちに銀河系におけるそれと比較してどう異なるか？
• RQ2 混合（解明不能な伴星からの光）が銀河間セフェイドの見かけの等級に与える影響はどの程度大きく、距離モジュラス推定にどのように影響を与えるか？
• RQ3 セフェイド距離決定において、周期ベースの選択よりも振幅ベースの選択（$A_V > 0.8$ mag）が、混合バイアスをより効果的に低減できるか？
• RQ4 混合がM31距離モジュラスの総不確実性に与える寄与は何か？金属量補正と比較してどの程度か？
• RQ5 混合効果を補正した完全で高精度なセフェイドサンプルに基づいて、M31への最も正確な距離モジュラスは何か？

主な発見

• M31におけるセフェイドの周期分布は、のちに銀河系とほぼ同一であり、281個の基本モードおよび75個の第一オーバートーンパルサーが同定された。
• 混合はM31の距離モジュラス不確実性に約0.1 mag寄与しており、金属量補正と同程度に重要である。
• 高振幅セフェイド（$A_V > 0.8$ mag）を用いて、距離モジュラス $(m-M)_0 = 24.32 \pm 0.12$ mag が得られた。これは混合の影響を受ける程度が小さいためである。
• 最終的な距離モジュラスは、全基本モードセフェイドの重み付き平均よりも0.09 mag大きい。これは、全サンプルにおける混合による負のバイアスがあることを示している。
• 混合は、セフェイドと同一の星団または星団集合体に存在する解明不能な星に起因している可能性が高く、ランダムな背景源ではない。
• 本研究では、振幅ベースの選択が、銀河間距離スケール作業における混合バイアス低減に、周期ベースの選択よりも効果的であることが確認された。