[論文レビュー] New theoretical Period-Luminosity-Metallicity relations for RR Lyrae in the Rubin-LSST filters

M. Marconi, R. Molinaro+9 more|arXiv (Cornell University)|Jun 13, 2022

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 28被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、非線形対流脈動モデルから導かれた、ルービン-LSSTの光度測定フィルタにおけるRRラクタ星の最初の理論的周期-光度-金属量（PLZ）関係を提示する。r、i、z、yフィルタにおける金属量依存のPLZ関係、および周期-ウェーゼンハイター（PW）関係とgLSST−[Fe/H]関係を予測し、個々の金属量が既知であれば、正確で赤方偏移に依存しない距離測定が可能となる。Fモード脈動星の金属量係数は約0.2 mag/dexである。

ABSTRACT

The revolutionary power of future Rubin-LSST observations will allow us to significantly improve the physics of pulsating stars, including RR Lyrae. In this context, an updated theoretical scenario predicting all the relevant pulsation observables in the corresponding photometric filters is mandatory. The bolometric light curves based on a recently computed extensive set of nonlinear convective pulsation models for RR Lyrae stars, covering a broad range in metal content and transformed into the Rubin-LSST photometric system. Predicted Rubin-LSST mean magnitudes and pulsation amplitudes have been adopted to built the Bailey diagrams (luminosity amplitude vs period) and the color-color diagrams in these bands. The current findings indicate that the gLSST-rLSST, rLSST-iLSST colors obey to a well defined linear relation with the metal content. Moreover, the Period Luminosity relations display in the reddest filters (rLSST,iLSST,zLSST,yLSST) a significant dependence on the assumed metal abundance. In particular, more metal-rich RR Lyrae are predicted to be fainter at fixed period. Metal-dependent Period-Wesenheit relations for different combinations of optical and NIR filters are also provided. These represent powerful tools to infer individual distances independently of reddening uncertainties, once the metal abundance is known and no relevant deviations from the adopted extinction law occur. Finally, we also derived new linear and quadratic absolute magnitude metallicity relations (gLSST vs [Fe/H]) and the metallicity coefficient is consistent with previous findings concerning the B and the V band.

研究の動機と目的

• 今後の高精度の光度測定調査を支援するため、ルービン-LSSTフィルタにおける理論的脈動観測量の開発。
• r、i、z、およびy LSSTバンドにおけるRRラクタ星の金属量依存の周期-光度-金属量（PLZ）関係の確立。
• 光学および近赤外フィルタの組み合わせを用いた周期-ウェーゼンハイター（PW）関係の導出。これにより、赤方偏移に依存しない距離推定が可能となる。
• 広い金属量範囲にわたるRRラクタ星に対して、初めて理論的gLSST−[Fe/H]関係を線形および2次形式で提供。
• 周期、光度、および分光的金属量を組み合わせることで、銀河系および銀河外のRRラクタ星の正確な個別距離測定を可能にする。

提案手法

• 金属量（Z = 0.0001 から 0.0200）および質量に応じて変化するRRラクタ星の包括的な非線形対流脈動モデルを用いた。
• 合成フィルタ変換を用いて、これらのモデルからのボロメトリック光曲線をルービン-LSST光度測定系に変換した。
• 基本（F）および第1オーバートーン（FO）脈動モードの両方について、u、g、r、i、z、yフィルタにおける強度加重平均光度および脈動振幅を計算した。
• バーレイ図（光度対周期）および色-色図を用いて、周期-振幅関係および色-金属量関係を分析した。
• r、i、z、yフィルタにおける理論的PLZ関係を導出し、特に赤みの強いバンドで顕著な金属量依存性を示した。
• g−r、r−i、z−yなどのさまざまなフィルタの組み合わせを用いた周期-ウェーゼンハイター（PW）関係を生成し、消光への依存性を最小限に抑えた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RRラクタ星の周期-光度-金属量（PLZ）関係は、ルービン-LSSTのr、i、z、yフィルタでどのように振る舞い、金属量にどのように依存するか？
• RQ2 LSSTシステムにおける異なる光学および近赤外フィルタの組み合わせにおける周期-ウェーゼンハイター（PW）関係の金属量依存性は何か？
• RQ3 RRラクタ星のgLSST光度は[Fe/H]とどのように相関するか？金属量全般にわたって、この関係は線形か2次関数的か？
• RQ4 金属量の不確実性が、PLZ関係から得られる個別距離推定値に与える影響は何か？また、どのように緩和できるか？
• RQ5 LSSTフィルタにおける予測された色-色図は、金属量および脈動モード（F対FO）の違いをどのように反映するか？

主な発見

• gLSST−rLSSTおよびrLSST−iLSSTの色は、金属量と明確な線形関係を示し、光度測定から金属量推定が可能である。
• r、i、z、yフィルタにおけるPLZ関係は顕著な金属量依存性を示し、特に金属量の高いRRラクタ星は、周期が同じ場合に明るさが低くなる傾向がある。
• g−rおよびr−iなどのフィルタの組み合わせを用いた周期-ウェーゼンハイター（PW）関係は金属量にほとんど依存せず、赤方偏移を考慮しない距離推定に最適である。
• gLSST−[Fe/H]関係の金属量係数は、従来のVバンドの結果と一致しており、Fモード脈動星の線形係数は約0.2 mag/dexである。
• 仮定された平均金属量が真の値からずれている場合、約0.2 mag/dexの系統的距離誤差が生じるため、個々の分光的金属量の測定が不可欠である。
• FOモード脈動星はPLZおよびPW関係において金属量依存性が弱く（約0.1 mag/dex）、金属量の不確実性があっても距離測定に耐えうる。