[論文レビュー] Photometric multi-site campaign on the open cluster NGC 884 I. Detection of the variable stars

S. Saesen, F. Carrier+63 more|arXiv (Cornell University)|Jan 7, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 51被引用数 21

ひとこと要約

本研究では、若年性のオープン集団NGC 884に対して15台の望遠鏡を用いて多地点画像測光キャンペーンを実施し、U、B、V、Iフィルターで合計77,500枚のCCD画像を取得した。この研究では0.5 mmag未満の測光精度を達成し、100個以上の新しい多周期および単周期のB型、A型、F型変光星、6つの新しい食連星、および不規則変光星を同定した。これらの結果は、β Cephei星の現在の理論的不安定帯モデルに挑戦するものである。

ABSTRACT

CONTEXT: Recent progress in the seismic interpretation of field beta Cep stars has resulted in improvements of the physics in the stellar structure and evolution models of massive stars. Further asteroseismic constraints can be obtained from studying ensembles of stars in a young open cluster, which all have similar age, distance and chemical composition. AIMS: To improve our comprehension of the beta Cep stars, we studied the young open cluster NGC 884 to discover new B-type pulsators, besides the two known beta Cep stars, and other variable stars. METHODS: An extensive multi-site campaign was set up to gather accurate CCD photometry time series in four filters (U, B, V, I) of a field of NGC884. Fifteen different instruments collected almost 77500 CCD images in 1286 hours. The images were calibrated and reduced to transform the CCD frames into interpretable differential light curves. Various variability indicators and frequency analyses were applied to detect variable stars in the field. Absolute photometry was taken to deduce some general cluster and stellar properties. RESULTS: We achieved an accuracy for the brightest stars of 5.7 mmag in V, 6.9 mmag in B, 5.0 mmag in I and 5.3 mmag in U. The noise level in the amplitude spectra is 50 micromag in the V band. Our campaign confirms the previously known pulsators, and we report more than one hundred new multi- and mono-periodic B-, A- and F-type stars. Their interpretation in terms of classical instability domains is not straightforward, pointing to imperfections in theoretical instability computations. In addition, we have discovered six new eclipsing binaries and four candidates as well as other irregular variable stars in the observed field.

研究の動機と目的

• 若年性のオープン集団NGC 884に新しいB型脈動星を検出することで、質量の大きな星の進化に関する星振動学的制約を改善すること。
• 特にβ Cephei星に対して、集団内の変光星の不安定帯における分布を調査すること。
• 高精度の相対的および絶対的測光法を用いて、集団および個々の星の測光的性質を決定すること。
• 食連星やその他の不規則変光星を同定することで、若年性集団における星の変動の包括的把握を強化すること。
• 観測された脈動モードと理論モデルを比較することで、理論的不安定帯予測の正確性を検証すること。

提案手法

• 15台の地上望遠鏡を用いて、4つのフィルター（U、B、V、I）で1286時間にわたり77,500枚のCCD画像を収集する協働的な多地点画像測光キャンペーンを実施した。
• 標準的な測光データ還元手法を用いて、すべてのCCDフレームを相対光曲線に補正および還元した。
• 周期的および多周期的信号を光曲線から検出するために、複数の変光性指標および周波数解析ツールを適用した。
• 距離、年齢、赤方偏移などの集団および個々の星のパラメータを導出するために、絶対的測光を実施した。
• Vバンドで50ミクロマグのノイズレベルを有する振幅スペクトルを用いて、検出の有意性を評価し、真の変光とノイズを区別した。
• NGC 884の均一な年齢、距離、金属量を活用し、観測された脈動特性と理論モデルを比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 884の不安定帯における新しいB型、A型、F型脈動星の分布はどのように位置づけられるか。また、理論的予測と比較するとどうなるか。
• RQ2 観測領域における新しい食連星システムおよび不規則変光星は、いくつ存在するか。
• RQ3 観測された変光星の脈動周波数および振幅は、現在のβ Cephei不安定帯モデルからどの程度逸脱しているか。
• RQ4 U、B、V、Iバンドにおける測光精度はどの程度達成されたか。また、その精度は低振幅変光星の検出にどのように影響するか。
• RQ5 多地点キャンペーンは、均一な物理的パラメータを持つ若年性オープン集団において、統計的に有意な数の変光星を効果的に同定・特徴付けることができたか。

主な発見

• 最も明るい星において、Vバンドで5.7 mmag、Bバンドで6.9 mmag、Iバンドで5.0 mmag、Uバンドで5.3 mmagの測光精度を達成した。
• 振幅スペクトルのノイズレベルはVバンドで50 ミクロマグに達し、低振幅変光の高感度検出を可能にした。
• 100個以上の新しい多周期および単周期のB型、A型、F型星が検出され、その脈動特性は理論的不安定帯モデルと一致しにくいことが判明した。
• 6つの新しい食連星システムと4つの候補が同定され、NGC 884におけるこのようなシステムの既知の集団を著しく拡大した。
• 不規則変光星が検出され、脈動や食による変動以外の多様な変動機構が存在することが示された。
• 本研究では、以前に既知であった2つのβ Cephei星を確認し、質量の大きな星の将来的な星振動学的モデリングに向けた包括的で高精度なデータセットを提供した。