[論文レビュー] Galactic and Extragalactic Distance Scales: The Variable Star Project

M. W. Feast|ArXiv.org|Jun 18, 2008

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、古典的セフェイド、II型セフェイド、RR Lyrae星、ミラ変星を含む変光星を用いて銀河間距離スケールを精緻化する多機関共同研究を提示する。ハッブル宇宙望遠鏡およびヒッパルコスの三角測量パラレルスを組み合わせ、周期-等級関係を用いることで、大マゼラン雲への距離モジュラスを18.39 ± 0.05に再評価した。これは、70 ± 5 km s⁻¹ Mpc⁻¹のハッブル定数と整合的である。

ABSTRACT

This paper summaries the status of a large project to improve distance scales of various classes of variable stars. This is being carried out by a large group in Cape Town, Japan, England and the USA. The results are illustrated by giving the distances of the Large Magellanic Cloud and the Galactic Centre (Ro) as well as the value of the Hubble Constant, Ho, based on our current results. The classes of variables considered are; Classical Cepheids, Type II Cepheids, RR Lyrae stars, O- and C-Miras

研究の動機と目的

• 複数の変光星クラスを用いて、銀河間距離スケールの精度を向上させること。
• 正確なパラレルスを用いた周期-等級（PL）関係の校正により、大マゼラン雲（LMC）の距離モジュラスの不一致を解消すること。
• 特に古典的セフェイド星における金属量のPL関係への影響を評価し、ハッブル定数の測定における系統的不確実性を低減すること。
• 古典的セフェイド星が存在しない系において、RR Lyrae星およびミラ変星のPL関係を独立した距離指標として検証・精緻化すること。
• 銀河中心までの距離（R₀）を特定し、星の運動学およびブラックホールの軌道データと整合性があるかを検証すること。

提案手法

• 近接する古典的セフェイド星のためのハッブル宇宙望遠鏡および改訂版ヒッパルコスの三角測量パララレルスを統合する。
• 赤方偏移の影響を最小限に抑えるために、赤色非依存の等級 $ M_W = V - 2.45(V-I) $ を用いる。
• NGC4258およびLMCのセフェイド星のデータを用いて金属量補正を施し、LMCの距離モジュラスを精緻化する。
• Oort定数の制約を考慮した径速度および光度測定データを用いて、Cミラ変星のPLゼロポイントを導出する。
• VLBI観測およびパラレルス測定を統合し、LMCおよび球状星団におけるOおよびCミラ変星のPL関係を校正する。
• 複数の変光星タイプにわたる距離スケールの整合性を検証し、ハッブル定数およびR₀の妥当性を相互に検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 改善されたパラレルスと金属量補正を用いた古典的セフェイド星を用いて校正された場合、大マゼラン雲への最も正確な距離モジュラスは何か？
• RQ2 金属量は $ M_W $ バンドにおける古典的セフェイド星のPL関係のゼロポイントにどのように影響を与えるか？その影響は、導出されたハッブル定数にどのような影響を及えるか？
• RQ3 LMCおよび銀河のハローに存在するRR Lyrae星は、一貫した金属量-等級関係に従うか？その関係は距離スケールの一貫性にどのように影響を与えるか？
• RQ4 OおよびCミラ変星は、古典的セフェイド星が存在しない系において信頼できる距離指標として機能できるか？Kバンドにおける校正済みのPL関係は何か？
• RQ5 複数の変光星距離スケールから導出された銀河中心までの距離（R₀）は何か？また、動力学的測定と比較するとどうなるか？

主な発見

• 金属量補正を施した $ M_W $ バンドにおけるPL関係を用いた古典的セフェイド星から、大マゼラン雲への距離モジュラスは $ 18.39 \pm 0.05 $ に再評価された。
• この距離スケールから導出されたハッブル定数は $ H_0 = 70 \pm 5 \, \text{km} \, \text{s}^{-1} \, \text{Mpc}^{-1} $ であり、WMAP $ \Lambda \text{CDM} $ 値の $ 73 \pm 3 \, \text{km} \, \text{s}^{-1} \, \text{Mpc}^{-1} $ と良好に一致している。
• $ M_W $ バンドにおけるPL関係の勾配は $ \alpha = -3.29 \pm 0.15 $ であり、銀河系とLMCのセフェイド星の間で勾配の顕著な差異は認められず、勾配に対する金属量の強い依存性は示唆されない。
• 銀河中心までの距離（$ R_0 $）は、従来の値よりも小さいが、中心ブラックホールの周囲の星の軌道測定と整合的である。
• Oミラ変星のPL($ M_K $)関係から得られるLMC距離モジュラスは $ 18.49 \pm 0.07 $、Cミラ変星の統合データから得られる値は $ 18.31 \pm 0.20 $ であり、両者とも誤差範囲内でセフェイドに基づくモジュラスと整合的である。
• RR Lyrae星は、固有の等級のずれを示す可能性がある：RR Lyrae自身は $ M_V = a[Fe/H] + b $ 関係で予測される値よりも $ 0.16 \pm 0.12 $ mag明るく、ストルムグレン光度測定の予測と整合的である。