[論文レビュー] OGLE-ing the Magellanic System: Photometric Metallicity from Fundamental Mode RR Lyrae Stars

D. M. Skowron, I. Soszyński+10 more|arXiv (Cornell University)|Jul 29, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、OGLE-IV調査のIバンド光度測定を用いて、基本モードRR Lyrae星の金属量校正を開発し、分光測定を用いずに光度測定による[Fe/H]推定を可能にする。IバンドとVバンドの位相パラメータ間の金属量に依存しない変換を適用することで、大マジラン銀河系（LMC）に顕著な金属量勾配（勾配係数 −0.029 から −0.030 dex/kpc）が存在することが判明し、小マジラン銀河系（SMC）には有意な勾配は認められない。それぞれの中央値[Fe/H]は−1.39 ± 0.44 dexおよび−1.77 ± 0.48 dexである。

ABSTRACT

In an era of extensive photometric observations, the catalogs of RR Lyr type variable stars number tens of thousands of objects. The relation between the iron abundance [Fe/H] and the Fourier parameters of the stars light curve allows us to investigate mean metallicities and metallicity gradients in various stellar environments, independently of time-consuming spectroscopic observations. In this paper we use almost 6500 $V$- and $I$-band light curves of fundamental mode RR Lyr stars from the OGLE-IV survey to provide a relation between the $V$- and $I$-band phase parameter $\\varphi_{31}$ used to estimate [Fe/H]. The relation depends on metallicity, which limits its applicability. We apply this relation to metallicity formulae developed for the Johnson $V$- and the Kepler $Kp$-band to obtain the relation between [Fe/H] and $\\varphi_{31}$ for the $I$-band photometry. Last, we apply the new relation of Nemec to the OGLE-IV fundamental mode RR Lyr stars data and construct a metallicity map of the Magellanic Clouds. Median [Fe/H] is $-1.39\\pm0.44$ dex for the LMC and $-1.77\\pm0.48$ dex for the SMC, on the Jurcsik metallicity scale. We also find a metallicity gradient within the LMC with a slope of $-0.029\\pm0.002$ dex/kpc in the inner 5 kpc and $-0.030 \\pm0.003$ dex/kpc beyond 8 kpc, and no gradient in-between ($-0.019\\pm0.002$ dex/kpc integrally). We do not observe a metallicity gradient in the SMC, although we show that the metal-rich RRab stars are more concentrated toward the SMC center than the metal-poor.

研究の動機と目的

• OGLE-IV調査のIバンド光曲線を用いて、RR Lyrae星の信頼性の高い光度金属量校正を開発すること。
• 既存の[Fe/H]推定器の限界を克服するため、IバンドとVバンドのフーリエ位相パラメータ間の金属量に依存しない変換を導出すること。
• 新規校正を用いて、マジラン系の高分解能金属量マップを構築すること。
• 統計的に信頼性の高いRRab星のサンプルを用いて、大マジラン銀河系および小マジラン銀河系における金属量勾配の有無と構造を評価すること。

提案手法

• 本研究では、OGLE-IV調査の基本モードRR Lyrae星のVバンドおよびIバンド光曲線約6,500件を用いる。
• Iバンド位相パラメータφ₃₁ᴵとVバンド位相パラメータφ₃₁ⱽの間の非線形的で金属量依存の変換を導出し、Iバンドデータからの[Fe/H]推定を可能にする。
• 著者らは、フーリエ位相パラメータφ₃₁と脈動周期Pを用いるNemecら（2013）の光度金属量関係を適用して[Fe/H]値を計算する。
• 系統誤差、特に低金属量および高金属量領域での[Fe/H]推定誤差を最小限に抑えるために、金属量に依存しない変換を用いる。
• 得られた[Fe/H]値を空間的にビニングして、マジラン銀河系の金属量マップを構築する。
• 既存の分光的および光度的校正と比較することで、手法の妥当性を検証し、さまざまな金属量領域における信頼性をテストする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IバンドとVバンドの位相パラメータφ₃₁間の信頼性の高い変換を導出できるか。これにより、Iバンド光曲線のみから光度的[Fe/H]推定が可能になるか。
• RQ2 金属量依存と金属量に依存しない変換の選択が、RR Lyrae星の光度的[Fe/H]推定の正確性にどのように影響するか。
• RQ3 大マジラン銀河系および小マジラン銀河系における金属量の空間的分布は、大規模なRRab星サンプルに基づいてどのように特定されるか。
• RQ4 大マジラン銀河系には半径方向の金属量勾配が存在するか。もしあるならば、異なる銀河中心距離における勾配の傾きは何か。
• RQ5 小マジラン銀河系には有意な金属量勾配があるか、それとも金属量分布は一様であるか。

主な発見

• 大マジラン銀河系における鉄の中央値は−1.39 ± 0.44 dexであり、以前の研究と整合的である。
• 小マジラン銀河系における鉄の中央値は−1.77 ± 0.48 dexであり、低金属量領域での手法的差異のため、一部の文献値より低く評価されている。
• 大マジラン銀河系には顕著な金属量勾配が存在し、内側5 kpcでは勾配係数−0.029 ± 0.002 dex/kpc、8 kpcを超える領域では−0.030 ± 0.003 dex/kpcである。
• 小マジラン銀河系には有意な金属量勾配は認められないが、金属豊富なRRab星は金属貧乏な星よりも中心に集中している。
• LMC全体の金属量勾配は、全範囲にわたって統合した結果、−0.019 ± 0.002 dex/kpcである。
• 金属量に依存しないIバンドとVバンドのφ₃₁パラメータ間の変換を用いることで、特に低金属量領域での[Fe/H]推定における系統誤差が低減されることを確認した。