[論文レビュー] RR Lyrae stars in Galactic globular clusters. VI. The Period-Amplitude relation

G. Bono, F. Caputo+1 more|ArXiv.org|Sep 20, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 56被引用数 27

ひとこと要約

本研究では、非線形対流脈動モデルと合成水平枝シミュレーションを用いて、銀河の球状星団内のRR Lyr星の周期-振幅（PA_V）関係を調査した。PA_V平面は、水平枝の形態に強く依存するため、金属量の診断として信頼できるものではないが、金属量と水平枝型と組み合わせることで正確な距離推定が可能であり、[Fe/H] ≈ -2.5 から 0.0 の範囲で非線形（放物線的）な M_V(RR)-[Fe/H] 関係が明らかになった。

ABSTRACT

We compare theory and observations for fundamental RR Lyrae in the solar neighborhood and in both Oosterhoff type I (OoI) and type II (OoII) Galactic globular clusters (GGCs). The distribution of cluster RR_ab in the PA_V plane depends not only on the metal abundance, but also on the cluster Horizontal Branch (HB) morphology. On average the observed k_puls parameter, connecting the period to the visual amplitude, increases when moving from metal-poor to metal-rich GGCs. However, this parameter shows marginal changes among OoI clusters with intermediate to red HB types and iron abundances -1.8<= [Fe/H] <=-1.1, whereas its value decreases in OoII clusters with the bluer HB morphology. Moreover, at [Fe/H]=-1.7+-0.1 the OoI clusters present redder HB types and larger values than the OoII clusters. The RR_ab variables in Omega Cen and in the solar neighborhood further support the evidence that the spread in [Fe/H], at fixed k_puls, is of the order of +-0.5 dex. Synthetic HB simulations show that the PA_V plane can provide accurate cluster distance estimates. The RR_ab variables in OoI and in OoII clusters with very blue HB types obey a well-defined M_V(RR)-k_puls relation, while those in OoII clusters with moderately blue HB types present a zero-point that is ~0.05 mag brighter. Regarding field variables, we show that with [Fe/H]=> -1.0 a unique M_V(RR)-k_puls relation can be adopted, independently of the parent HB morphology. Current findings suggest that the PA_V distribution does not seem to be a robust diagnostic for the metal abundance of RR_ab variables. However, the same observables can be used to estimate the absolute magnitude of globular cluster and field RR_ab variables. We show that over the metallicity range -2.4<= [Fe/H] <= 0.0 the M_V(RR)-[Fe/H] relation shows a parabolic behavior.

研究の動機と目的

• 銀河の球状星団におけるRR Lyr星の周期-振幅（PA_V）関係が、金属量の信頼できる診断手段であるかどうかを評価すること。
• 脈動パラメータ k_puls が金属量および水平枝（HB）形態にどのように依存するかを調査すること。
• 金属量の全範囲 [Fe/H] ≈ -2.5 から 0.0 において、M_V(RR)-[Fe/H] 関係が線形であるかどうかを特定すること。
• PA_V関係が球状星団および場のRR Lyr星の距離指標として使用可能かどうかを評価すること。
• ω Cenにおける食連星からの観測距離を用いて、混合長パラメータ l/H_p をキャリブレーションすること。

提案手法

• 質量、金属量、混合長パラメータ l/H_p を変化させた脈動モデルを用いた、RR Lyr星における非線形対流脈動の理論的モデリング。
• 異なる金属量および Oosterhoff 型を有する集団における水平枝形態の分布を予測するための合成水平枝シミュレーション。
• Oosterhoff 型 I（OoI）および型 II（OoII）集団における観測された PA_V 分布を理論的予測と比較し、HB 形態が k_puls に与える影響を評価。
• 脈動モデルと合成HBシミュレーションを用いて、k_puls に基づく絶対等級 M_V(RR) 関係を導出。
• 集団および場のRR Lyr星データ（[Fe/H] ≥ -1.0 の金属豊富な場の星を含む）を用いて、M_V(RR)-[Fe/H] 関係をキャリブレーション。
• 食連星による ω Cen の真の距離モジュラス（μ₀ = 13.75 ± 0.04 mag）を用いて、混合長パラメータ l/H_p を検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PA_V関係は、球状星団内のRR Lyr星の金属量の診断として信頼できるか？
• RQ2 OoIおよびOoII集団において、脈動パラメータ k_puls は金属量および水平枝形態にどのように依存するか？
• RQ3 金属量の全範囲 [Fe/H] ≈ -2.5 から 0.0 において、M_V(RR)-[Fe/H] 関係は線形か？
• RQ4 PA_V関係は、球状星団および場のRR Lyr星の正確な距離指標として使用可能か？
• RQ5 ω Cenの距離によって制約されるRR Lyr脈動モデルの最適な混合長パラメータ l/H_p の値は何か？

主な発見

• PA_V分布は、水平枝形態に強く依存するため、金属量の診断として信頼できるものではない。固定された k_puls において金属量の分散が ±0.5 dex に達する。
• k_puls は金属貧乏な集団から金属豊富な集団へと増加するが、中程度から赤色のHB形態（−1.8 ≤ [Fe/H] ≤ −1.1）を示すOoI集団ではわずかに変化する一方、金属量が高いにもかかわらずブルーなHB形態を示すOoII集団では減少する。
• 非常にブルーなHB形態を示すOoIおよびOoII集団のRR Lyr星は明確な M_V(RR)-k_puls 関係に従うが、中程度にブルーなHB形態を示すOoII集団の星は、固定された k_puls において約 0.05 mag 明るい。
• 金属量の範囲 [Fe/H] ≈ −2.5 から 0.0 において、M_V(RR)-[Fe/H] 関係は線形ではなく、二次項 0.09[Fe/H]² を持つ放物線的挙動を示す。
• 金属量 [Fe/H] ≥ −1.0 の場のRR Lyr星では、親となるHB色分布に関係なく、一様な M_V(RR)-k_puls 関係が成立する。
• 最適な混合長パラメータ l/H_p は ∼1.7 であり、これはPA_Vに基づく距離モジュラス（μ₀ = 13.68 ± 0.09 mag）が、食連星によるω Cenの距離（μ₀ = 13.75 ± 0.04 mag）と1σ以内で一致することを示している。