[論文レビュー] Precise distances from OGLE-IV member RR Lyrae stars in six bulge globular clusters

R. A. P. Oliveira, S. Ortolani+7 more|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 91被引用数 8

ひとこと要約

本研究は、OGLE-IVのIバンドおよびVバンド平均等級、Gaia EDR3の自己運動、更新されたBaSTI α増強進化モデルを用いて、6つの銀河バルジ球状星団への正確な距離（5–13.1 kpc）を導出する。この手法は5–8%の不確実性を達成し、文献値と整合的であり、最も近い星団ではGaia EDR3視差に基づく距離よりも優れている。これは、高赤方偏移領域における距離測定に、信頼性の高いモデルベースの手法が有効であることを裏付ける。

ABSTRACT

Context. RR Lyrae stars are useful standard candles allowing one to derive accurate distances for old star clusters. Based on the recent catalogues from OGLE-IV and Gaia Early Data Release 3 (EDR3), the distances can be improved for a few bulge globular clusters. Aims. The aim of this work is to derive an accurate distance for the following six moderately metal-poor, relatively high-reddening bulge globular clusters: NGC 6266, NGC 6441, NGC 6626, NGC 6638, NGC 6642, and NGC 6717. Methods. We combined newly available OGLE-IV catalogues of variable stars containing mean I magnitudes, with Clement's previous catalogues containing mean V magnitudes, and with precise proper motions from Gaia EDR3. Astrometric membership probabilities were computed for each RR Lyrae, in order to select those compatible with the cluster proper motions. Applying luminosity-metallicity relations derived from BaSTI $\alpha$-enhanced models (He-enhanced for NGC 6441 and canonical He for the other clusters), we updated the distances with relatively low uncertainties. Results. Distances were derived with the I and V bands, with a $5-8\%$ precision. We obtained 6.6 kpc, 13.1 kpc, 5.6 kpc, 9.6 kpc, 8.2 kpc, and 7.3 kpc for NGC 6266, NGC 6441, NGC 6626, NGC 6638, NGC 6642, and NGC 6717, respectively. The results are in excellent agreement with the literature for all sample clusters, considering the uncertainties. Conclusions. The present method of distance derivation, based on recent data of member RR Lyrae stars, updated BaSTI models, and robust statistical methods, proved to be consistent. A larger sample of clusters will be investigated in a future work.

研究の動機と目的

• 従来の等時線フィッティングが減光および密集のため困難である、中程度金属量で高赤方偏移のバルジ球状星団の距離測定を改善すること。
• 新しく利用可能になったOGLE-IV変光星カタログおよびGaia EDR3自己運動を活用し、高い天体測位メンバーシップ確率を持つ星団メンバーのRR Lyrae星を同定すること。
• 更新されたBaSTI α増強進化モデルに校正された光度–金属量関係を用いて、NGC 6441におけるヘリウム増強を考慮した正確な距離を導出すること。
• Gaia EDR3視差に基づく距離と文献値との不一致を解消すること、特に近距離星団において。
• 密集・高赤方偏移領域における距離決定に、信頼性が高く不確実性が低い手法を確立すること、将来的な星団サンプルに応用可能であるようにすること。

提案手法

• 対象星団のRR Lyrae星について、OGLE-IV変光星カタログの平均I等級とClementら（2001）の平均V等級を組み合わせた。
• Gaia EDR3自己運動を用いて天体測位メンバーシップ確率を計算し、星団運動学と整合する星のみを選別した。
• BaSTI α増強進化モデルから導出された光度–金属量関係を適用し、NGC 6441にはヘリウム増強モデル、他の星団には標準ヘリウムを用いた。
• 赤方偏移、金属量、等級誤差などの不確実性をすべてのステップに伝搬させ、信頼性の高い距離モジュラス推定を確保した。
• 赤方偏移の事前値（E(B−V)）をサンプル星の平均値で更新し、観測等級と整合性を高めた。
• 文献平均値およびGaia EDR3視差に基づく距離と比較することで結果を検証し、Gaiaデータにおけるゼロ点オフセットの可能性を同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中程度金属量で高赤方偏移の6つのバルジ球状星団（NGC 6266, NGC 6441, NGC 6626, NGC 6638, NGC 6642, NGC 6717）の正確な日心距離は何か？
• RQ2 OGLE-IVおよびGaia EDR3データを用いたRR Lyrae星からの距離は、Gaia EDR3視差に基づく距離および文献平均値とどのように比較されるか？
• RQ3 更新されたBaSTI α増強モデルを用いることで、高減光環境における距離精度はどの程度向上するか？
• RQ4 なぜGaia EDR3視差に基づく距離は、近距離星団において10–20%の不一致を示すのか？これはゼロ点オフセットまたは系の不確実性に起因するのか？
• RQ5 等時線フィッティングが微分赤方偏移および密集のため失敗する領域において、メンバーRR Lyrae星を用いた信頼性の高いモデルベースの手法が、信頼性ある距離を提供できるか？

主な発見

• 導出された距離は、NGC 6266が6.6 kpc、NGC 6441が13.1 kpc、NGC 6626が5.6 kpc、NGC 6638が9.6 kpc、NGC 6642が8.2 kpc、NGC 6717が7.3 kpcであり、不確実性は5–8%であった。
• 更新されたBaSTIモデルとGaia EDR3自己運動を用いたIバンド平均等級に基づくこの手法は、文献値と整合的であり、その信頼性が裏付けられた。
• NGC 6717では、1つのRR Lyrae星のIバンド平均等級14.88が、過去の研究およびBaumgardt & Vasiliev（2021）の平均と整合する信頼性の高い距離推定を可能にした。
• NGC 6266、NGC 6626、NGC 6717において、この手法はGaia EDR3視差に基づく距離と10–20%の不一致を示したが、これはGaia EDR3のゼロ点オフセットまたは視差ゼロ点補正の不確実性に起因する可能性が高い。
• 本研究は、更新されたモデルと正確な自己運動メンバーシップを備えた星団メンバーRR Lyrae星の真のサンプルを用いることで、高赤方偏移・密集領域における等時線フィッティングの代替手段として信頼性が高くなることを確認した。
• 結果は、この手法が幾何的測定法の補完的かつ高精度なツールとして、銀河バルジにおける距離決定に活用可能であることを支持する。