[論文レビュー] High resolution spectroscopy for Cepheids distance determination. V. Impact of the cross-correlation method on the p-factor and the gamma-velocities

N. Nardetto, W. Gieren+6 more|arXiv (Cornell University)|May 28, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 37

ひとこと要約

本論文は、高分解能分光法における相互相関（CC）法を用いたセフェイド距離測定のための新しい周期投影係数（Pp）関係を導出し、CC法によるγ-速度に1.0 ± 0.2 km s⁻¹ の系licateなブルー方向バイアスが生じることを明らかにした。新しいPp関係は p = [-0.08 ± 0.05]log P + [1.31 ± 0.06] であり、特に赤外表面輝度法を用いたLMCセフェイドの距離スケール校正を改善するために重要である。

ABSTRACT

The cross correlation method (hereafter CC) is widely used to derive the radial velocity curve of Cepheids when the signal to noise of the spectra is low. However, if it is used with the wrong projection factor, it might introduce some biases in the Baade-Wesselink (hereafter BW) methods of determining the distance of Cepheids. In addition, it might affect the average value of the radial velocity curve (or gamma-velocity) important for Galactic structure studies. We aim to derive a period-projection factor relation (hereafter Pp) appropriate to be used together with the CC method. Moreover, we investigate whether the CC method can explain the misunderstood previous calculation of the K-term of Cepheids. We observed eight galactic Cepheids with the HARPS spectrograph. For each star, we derive an interpolated CC radial velocity curve using the HARPS pipeline. The amplitudes of these curves are used to determine the correction to be applied to the semi-theoretical projection factor derived in Nardetto et al. (2007). Their average value (or gamma-velocity) are also compared to the center-of-mass velocities derived in Nardetto et al. (2008). The correction in amplitudes allows us to derive a new Pp relation: p = [-0.08+-0.05] log P +[1.31+-0.06]. We also find a negligible wavelength dependence (over the optical range) of the Pp relation. We finally show that the gamma-velocity derived from the CC method is systematically blue-shifted by about 1.0 +- 0.2km/s compared to the center-of-mass velocity of the star. An additional blue-shift of 1.0km/s is thus needed to totally explain the previous calculation of the K-term of Cepheids (around 2km/s). The new Pp relation we derived is a solid tool for the distance scale calibration (abridged).

研究の動機と目的

• セフェイドの径速度測定に用いる相互相関（CC）法と併用可能な周期投影係数（Pp）関係を導出すること。
• CC法がセフェイドのγ-速度（平均径速度）に系統的なバイアスをもたらすかどうかを評価すること、これは銀河構造研究に影響を及ぼす。
• 従来報告された「K項」オフセット（約2 km s⁻¹）の原因を特定すること、特にCC法に起因するかどうかを調査すること。
• 赤外表面輝度法の文脈において、CC法がバーデ・ヴェッセルリンク距離決定法に与える影響を校正すること。
• アラウカリア・プロジェクトの局所的距離スケール校正に使用可能な、観測的に導出された信頼性の高いPp関係を提供すること。

提案手法

• ESOのラ・シルヤ観測所に設置されたHARPS分光計を用いて、8個の銀河セフェイドの高分解能分光観測を実施した。
• HARPSパイプラインを用いて径速度曲線を導出し、星像マスクを用いた相互相関法を適用した。
• CC法で得られた径速度曲線の振幅を、論文II（Nardetto et al. 2007）の一次モーメント径速度と比較し、投影係数を校正した。
• CC法から得られたγ-速度を、論文III（Nardetto et al. 2008）の校正済み重心速度と、銀河セフェイドデータベース（GCD）の文献値と比較した。
• 線形回帰を用いて、CC法で得られたγ-速度とGCDおよびN08校正値との関係をモデル化し、系統的オフセットを定量化した。
• パルス周期関数としての振幅補正係数のフィッティングにより、新しいPp関係を導出し、不確実性の伝播にはブートストラップリサンプリングを用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 相互相関法は、バーデ・ヴェッセルリンク法に用いられる径速度曲線の振幅に系統的なバイアスをもたらすか？
• RQ2 セフェイド分光法に相互相関法を用いる場合の正しい周期投影係数（Pp）関係は何か？
• RQ3 相互相関法は、従来報告された約2 km s⁻¹ の「K項」オフセットにどの程度寄与しているか？
• RQ4 相互相関法を用いる場合、Pp関係に波長依存性があるか？
• RQ5 相互相関法から得られたγ-速度は、セフェイドの真の重心速度とどのように異なるか？

主な発見

• 新しいPp関係が導出された：p = [-0.08 ± 0.05]log P + [1.31 ± 0.06]。これは、径速度測定に相互相関法を用いる場合に適用可能である。
• Pp関係には、光学領域において顕著な波長依存性は認められなかったが、現在の不確実性の範囲内でわずかな依存性が示唆されている。
• 相互相関法から得られたγ-速度は、Nardetto et al. (2008) の校正済み重心速度と比較して、1.0 ± 0.2 km s⁻¹ の系統的なブルー方向シフトを示した。
• 相互相関法そのものが、従来報告されたK項オフセット（約2 km s⁻¹）の約50％を説明しており、残りのオフセットは他の要因に起因している可能性を示唆している。
• CC法から得られたγ-速度と文献値（GCD）との間の系統的オフセットは、1.8 ± 0.2 km s⁻¹ の差に一致しており、K項の存在は確認されたが、その全容はCC法に起因するとは限らない。
• これらの結果は、CC法が径速度振幅および平均速度にバイアスをもたらす可能性があり、これが星震動学および距離スケール校正に影響を及える可能性を示唆している。