[論文レビュー] Reprocessing the Hipparcos data for evolved stars III Revised Hipparcos period-luminosity relationship for galactic long-period variable stars

G. R. Knapp, D. Pourbaix+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 29, 2003

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 45被引用数 111

ひとこと要約

本研究は、銀河系の長周期変光星のハイパルコス視差およびKバンド等級を再分析し、改善されたastroメトリックフィットと減光補正を適用して、再評価された周期-光度（P-L）関係を導出する。Mira型とSRb型変光星には異なる勾配を持つ明確なP-L関係が存在し、これはモード依存の脈動を示しており、P > 400日である星は高い質量放出を示し、主にMira型であることが判明し、長周期におけるモード切り替えの破綻を示唆している。

ABSTRACT

We analyze the K band luminosities of a sample of galactic long-period variables using parallaxes measured by the Hipparcos mission. The parallaxes are in most cases re-computed from the Hipparcos Intermediate Astrometric Data using improved astrometric fits and chromaticity corrections. The K band magnitudes are taken from the literature and from measurements by COBE, and are corrected for interstellar and circumstellar extinction. The sample contains stars of several spectral types: M, S and C, and of several variability classes: Mira, semiregular SRa, and SRb. We find that the distribution of stars in the period-luminosity plane is independent of circumstellar chemistry, but that the different variability types have different P-L distributions. Both the Mira variables and the SRb variables have reasonably well-defined period-luminosity relationships, but with very different slopes. The SRa variables are distributed between the two classes, suggesting that they are a mixture of Miras and SRb, rather than a separate class of stars. New period-luminosity relationships are derived based on our revised Hipparcos parallaxes. The Miras show a similar period-luminosity relationship to that found for Large Magellanic Cloud Miras by Feast et al. (1989). The maximum absolute K magnitude of the sample is about -8.2 for both Miras and semi-regular stars, only a little fainter than the expected AGB limit. We show that the stars with the longest periods (P>400d) have high mass loss rates and are almost all Mira variables.

研究の動機と目的

• 再処理された中間astroメトリックデータと色度補正を用いて、進化した長周期変光星のハイパルコス視差の精度を向上させること。
• 再評価された視差と文献およびCOBE DIRBEデータからの補正済みKバンド等級を組み合わせることで、銀河系の長周期変光星に対する信頼性の高い周期-光度（P-L）関係を導出すること。
• 周囲星間化学（M型、S型、C型）または変光型（Mira、SRa、SRb）がP-L関係に与える影響を調査し、脈動モードと質量放出の役割を評価すること。
• 太陽系近傍におけるAGB星の最大固有光度を特定し、距離測定にP-L関係を用いる可能性を評価すること。
• 質量放出率が脈動周期および変光型にどのように依存するかを調査し、特に長周期星に注目すること。

提案手法

• 改良されたastroメトリックフィッティング技術と色度補正を用いて、中間astroメトリックデータから再計算されたハイパルコス視差。
• 文献およびCOBE DIRBEの時系列データからKバンド等級を取得し、星間および周囲星間減光補正を適用。
• スペクトル型（M型、S型、C型）および変光型（Mira、SRa、SRb）で分類し、各グループ内のP-L関係を分析。
• 形式 $ M_K = a \times \log P + b $ を用いて周期-光度関係をフィットし、$ M_K $ を絶対Kバンド等級、$ P $ を日単位とする。
• P-M_K平面上の星の分布を用いて、質量放出率が周期および変光型にどのように依存するかを分析。
• 導出されたP-L関係が大マゼラン雲および銀河核のものと整合するかを評価し、脈動モード切り替えに与える影響を議論。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河系の長周期変光星における周期-光度関係は、Mira型とSRb型変光星で顕著に異なるものであり、もしそうであれば、その違いはどのようなものか？
• RQ2 進化星における周囲星間化学（M型、S型、C型）は周期-光度関係にどのように影響を与えるか？
• RQ3 脈動モード（基本モード対高調波）と長周期変光星における観測されたP-L勾配の関係は何か？
• RQ4 質量放出率は脈動周期および変光型にどのように相関するか、特にP > 400日である星に注目して。
• RQ5 MiraとSR脈動モード間のモード切り替え行動が、観測されたP-L関係にどの程度影響を与えるか？

主な発見

• 銀河系のMira型変光星のP-L関係は、大マゼラン雲のMira型と一致しており、勾配は $ a \approx -3.5 $、最大絶対Kバンド等級は $ -8.2 \pm 0.2 $ である。
• SRb型変光星はMira型と比べて顕著に浅いP-L勾配を示しており、これは異なる脈動モードまたは物理的メカニズムを示唆している。
• SRa型変光星はMira型とSRb型の間の分布を示しており、独立したクラスではなく、両者の混合であると考えられる。
• 周期が400–500日を超える星は高い質量放出率を示し、ほぼ完全にMira型であるため、長周期におけるモード切り替え行動の破綻を示唆している。
• Mira型およびSRb型の両方で、質量放出率は周期とともに滑らかに増加し、同じ周期においてMira型の質量放出率は顕著に高い。
• 観測された最大Kバンド絶対等級 $ -8.2 \pm 0.2 $ は、約5000–6000 $ L_\odot $ の全波長放射光度に対応し、理論的AGB光度限界と整合的である。