[論文レビュー] Cepheid Metallicity in the Leavitt Law (C- MetaLL) survey: IV. The metallicity dependence of Cepheid Period-Luminosity relations

E. Trentin, V. Ripepi+11 more|arXiv (Cornell University)|Oct 5, 2023

Astronomy and Astrophysical ResearchPhysics and Astronomy被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、正確な[Fe/H]およびGaia DR3天体測定を備えた910個の銀河的古典的セフェイドのサンプルを用いて、光学的から近赤外帯にかけてのバンドにおけるCepheidの周期-光度（PL）およびウェーゼンアイト（PW）関係の金属量依存性を調査した。PL/PWの切片における金属量効果は強く負であり（γ ≈ −0.4 から −0.5 mag/dex）、多数の先行推定値よりも顕著に大きいが、勾配の金属量依存性は未解明のままである。

ABSTRACT

Classical Cepheids (DCEPs) play a fundamental role in the calibration of the extra-galactic distance ladder which eventually leads to the determination of the Hubble constant($H_0$) thanks to the period-luminosity ($PL$) and period-Wesenheit ($PW$) relations exhibited by these pulsating variables. Therefore, it is of great importance to establish the dependence of $PL/PW$ relations on metallicity. We aim at quantifying the metallicity dependence of the Galactic DCEPs' $PL/PW$ relations for a variety of photometric bands ranging from optical to near-infrared. We gathered a literature sample of 910 DCEPs with available [Fe/H] values from high-resolution spectroscopy or metallicities from \gaia\ Radial Velocity Spectrometer. For all these stars, we collected photometry in the $G_{BP},G_{RP},G,I,V,J,H,K_S$ bands and astrometry from the \gaia\ DR3. These data have been used to investigate the metal dependence of both intercepts and slopes of a variety of $PL/PW$ relations at multiple wavelengths. We find a large negative metallicity effect on the intercept ($γ$ coefficient) of all the $PL/PW$ relations investigated in this work, while present data still do not allow us to draw firm conclusions regarding the metal dependence of the slope ($δ$ coefficient). The typical values of $γ$ are around $-0.4:-0.5$ mag/dex, i.e. larger than most of the recent determinations present in the literature. We carried out several tests which confirm the robustness of our results. As in our previous works, we find that the inclusion of global zero point offset of \gaia\ parallaxes provides smaller values of $γ$ (in an absolute sense). However, the assumption of the geometric distance of the LMC seems to indicate that larger values of $γ$ (in an absolute sense) would be preferred.

研究の動機と目的

• 複数の光度測定バンドにおけるCepheid周期-光度（PL）およびウェーゼンアイト（PW）関係の金属量依存性を定量化すること。
• 宇宙距離階層におけるハッブル定数の測定に生じる未解決の矛盾を解消するために、金属量補正を精緻化すること。
• パララックスゼロポイントオフセットおよびLMC距離の仮定が金属量校正に与える影響を評価すること。
• サンプルの金属量分布の不均衡が、導出された金属量依存性の妥当性に与える影響を調査すること。
• 将来的なH₀補正に向けた、PL/PW関係の切片（γ）および勾配（δ）係数の改善された制約を提供すること。

提案手法

• 高分解能分光法またはGaia RVSから得られた[Fe/H]と、Gaia DR3および文献からのG、G_BP、G_RP、V、I、J、H、K_Sバンドの光度測定を備えた、910個の銀河的古典的セフェイドのサンプルを収集した。
• Gaia DR3の天体測定およびパララックスを適用し、L21（Luri et al. 2021）によるゼロポイントオフセット補正を含めた。
• 周期、金属量、バンド依存項を含む3パラメータおよび4パラメータのPLおよびPW関係（PL、PW、PWZ）をフィッティングした。
• 不均一な金属量分布に起因するバイアスをテストするため、ブートストラップおよび再サンプリングを用いた堅牢なフィッティング手順を採用した。
• 異なる仮定下での比較を実施：グローバルパララックスオフセット（−14、−22 μas）、LMCの幾何的距離（Pietrzyński et al. 2019）、およびサンプルサブセット（F および F+1O）。
• Gaiaと文献からの光度測定の整合性を検証し、HiResとGaia RVSからの[Fe/H]の比較によって妥当性を確認した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 光学的から近赤外帯にかけてのバンドにおけるPLおよびPW関係の切片（γ）の金属量依存性は何か？
• RQ2 PLおよびPW関係の勾配（δ）は金属量に依存するか？ もしそうならば、どのように依存するか？
• RQ3 グローバルパララックスゼロポイントオフセット（例：−14または−22 μas）は、導出された金属量依存性にどのように影響するか？
• RQ4 不均一な金属量分布に起因するサンプルバイアスに対して、観察された金属量依存性は頑健か？
• RQ5 LMCの幾何的距離を基準として仮定すると、γの絶対値は大きくなるか、小さくなるか？

主な発見

• PLおよびPW関係の切片における強い負の金属量依存性が確認され、全バンドでγ ≈ −0.4 から −0.5 mag/dexの範囲にあり、多数の先行文献推定値よりも顕著に大きい。
• グローバルパララックスゼロポイントオフセット（例：−14または−22 μas）を含めると、γの絶対値が小さくなり、最近の文献推定値とより整合性が高まる。
• しかし、LMCの幾何的距離（Pietrzyński et al. 2019）を基準として仮定すると、γの絶対値がより大きくなる傾向を示し、真の値が−0.5 mag/dexに近い可能性を示唆している。
• 勾配の金属量依存性は未解明のままである：多数のケースではδは1σ内ではゼロと一致しており、文献のみのサンプルではしばしば正の値（0から+0.5）を示す。
• 金属量分布をバランスさせるためにデータを再サンプリングした結果、結果がサンプルバイアスによって駆動されていないことが確認され、10,000回の再サンプリングセットの中央値係数が全サンプル結果と一致した。
• 金属量が不明瞭な星を含むF+1Oサンプルでは、γおよびδの誤差が大きくなるが、全体的な結論に変更はない。