[論文レビュー] Classical Cepheid pulsation models. VI. The Hertzsprung progression

G. Bono, M. Marconi+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、大マゼラン雲（LMC）における古典的セフェイドの非線形で対流を含む脈動モデルを提示し、光度曲線および速度曲線上のバッテン位置の周期依存的シフトであるハーツプルング進化を説明する。モデルは観測されたハーツプルング進化中心の周期（11.24 ± 0.46日）を再現し、二重ピーク型の振幅分布にも一致しており、長年の質量不一致を解消する。理論的質量は7.0 ± 0.45 M☉を予測し、観測によるバーディング＝ヴェッセルリンク推定値（6.9 ± 0.9 M☉）と非常に良好に一致する。

ABSTRACT

We present the results of an extensive theoretical investigation on the pulsation behavior of Bump Cepheids. We constructed several sequences of full amplitude, nonlinear, convective models by adopting a chemical composition typical of Large Magellanic Cloud (LMC) Cepheids (Y=0.25, Z=0.008) and stellar masses ranging from 6.55 to 7.45 solar masses. We find that theoretical light and velocity curves reproduce the HP, and indeed close to the blue edge the bump is located along the descending branch, toward longer periods it crosses at first the luminosity/velocity maximum and then it appears along the rising branch. In particular, we find that the predicted period at the HP center is 11.24 +- 0.46 d and that such a value is in very good agreement with the empirical value estimated by adopting the Fourier parameters of LMC Cepheid light curves. We also find that the models at the HP center are located within the resonance region but not on the 2:1 resonance line. Interestingly enough, the predicted Bump Cepheid masses, based on a Mass-Luminosity (ML) relation which neglects the convective core overshooting, are in good agreement with the empirical masses of Galactic Cepheids estimated by adopting the Baade-Wesselink method. Even by accounting for the metallicity difference between Galactic and LMC Cepheids, this result seems to settle down the long-standing problem of the Bump mass discrepancy. Finally, the dynamical behavior of a cool Bump Cepheid model provides a plain explanation of an ill-understood empirical evidence.

研究の動機と目的

• 非線形で対流を含むモデルを用いて、大マゼラン雲（LMC）におけるバンプセフェイドの脈動挙動を調査すること。
• 標準的な質量-光度関係を用いた現在の流体力学的モデルが、観測されたハーツプルング進化（HP）挙動を再現できるかどうかを検証すること。
• バンプセフェイドの理論的質量と観測的質量の間の長年の不一致を解消すること。
• 共鳴および脈動モードの結合が、光度曲線および速度曲線の形状に与える影響を検討すること。

提案手法

• LMCの組成（Y=0.25, Z=0.008）を固定し、質量6.55から7.45 M☉の範囲で、フル振幅の非線形で対流を含む脈動モデルを構築した。
• 不安定性境界付近では100 Kの温度ステップ、HP中心付近では50 Kの温度ステップを用いて、微細構造を解像した。
• 観測データと比較するため、フーリエパラメータ、歪度、鋭度を用いて光度曲線および速度曲線を分析した。
• 2:1共鳴条件に近いかどうかを評価するために、周期比P₂/P₀を計算した。
• 対流核のオーバーシュートを含まない質量-光度関係を用いて、星の質量を予測した。
• Welchら（1997年）、AndreasenおよびPetersen（1987年）、Gieren（1989年）の観測データと照合して妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 理論的ハーツプルング進化中心周期は、LMCセフェイドの光度曲線から得られた観測的推定値と一致するか？
• RQ2 非線形で対流を含む脈動モデルは、バンプセフェイドで観測された二重ピーク型の振幅分布を再現できるか？
• RQ3 理論的質量と観測的質量の間の観察された不一致は、現在のモデルで解消できるか？
• RQ4 モデルは2:1脈動共鳴上にあるか、またはその近傍に位置するか？ そして、これによりバッテンの形状にどのような影響を与えるか？
• RQ5 有効温度および周期に応じて、バッテンの力学的挙動はどのように変化するか？

主な発見

• 理論的ハーツプルング進化中心周期は11.24 ± 0.46日であり、Welchら（1997年）による観測値（11.2 ± 0.8日）と非常に良好に一致する。
• 光度および速度振幅は二重ピーク型の分布を示し、バンプセフェイドの観測データと定性的に一致する。
• 光度曲線および速度曲線の歪度と鋭度は、HP中心で明確な最小値を示しており、観測推定値と整合的である。
• P₂/P₀周期比は、冷たいモデルで0.51、熱いモデルで0.52の範囲にあり、共鳴領域内に位置しているが、2:1共鳴線上にはない。
• 理論的質量はHP中心で7.0 ± 0.45 M☉であり、銀河系セフェイドの観測的バーディング＝ヴェッセルリンク質量推定値（6.9 ± 0.9 M☉）と非常に良好に一致する。
• 冷たいモデルの力学的挙動は、なぜ低温でバッテンが主な最大値となるか、およびなぜ振幅が二重ピーク型を示すかを説明できる。