[論文レビュー] RR Lyrae variables in Galactic globular clusters - I: The observational scenario

M. Castellani, F. Caputo+1 more|ArXiv.org|Aug 25, 2003

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 22被引用数 28

ひとこと要約

この論文は、32個の銀河系球状星団におけるRR型標準星の観測データを再検討し、周期と脈動モードがよく測定されたものについて、不安定帯の温度幅が金属量にほとんど依存しないことを明らかにした。強い証拠から、オーステルホフ二重性は金属量依存の光度変化ではなく、不安定帯の「OR領域」におけるモード切り替え機構に起因するものであり、理論で予測される光度傾向を補うために脈動星質量が補正していることが示された。

ABSTRACT

In this paper we revisit observational data concerning RR Lyrae stars in Galactic globular clusters, presenting frequency histograms of fundamentalized periods for the 32 clusters having more than 12 pulsators with well recognized period and pulsation mode. One finds that the range of fundamentalized periods covered by the variables in a given cluster remains fairly constant in varying the cluster metallicity all over the metallicity range spanned by the cluster sample, with the only two exceptions given by M15 and NGC6441. We conclude that the width in temperature of the RR Lyrae instability strip appears largely independent of the cluster metallicity. At the same time, it appears that the fundamentalized periods are not affected by the predicted variation of pulsators luminosity with metal abundance, indicating the occurrence of a correlated variation in the pulsator mass. We discuss mean periods in a selected sample of statistically significant "RR rich" clusters with no less than 10 RRab and 5 RRc variables. One finds a clear evidence for the well known Oosterhoff dichotomy in the mean period of ab-type variables, together with a similarly clear evidence for a constancy of the mean fundamentalized period in passing from Oosterhoff type II to type I clusters. On this basis, the origin of the Oosterhoff dichotomy is discussed, presenting evidence against a strong dependence of the RR Lyrae luminosity on the metal content.

研究の動機と目的

• 現代的で高精度な周期とモード測定を用いて、銀河系球状星団におけるRR型標準星の観測データを再表現すること。
• 観測された平均脈動周期におけるオーステルホフ二重性が、金属量依存の光度変化に起因するのか、それとも脈動モードの変化に起因するのかを調査すること。
• クラスタの金属量が、特に不安定帯の温度幅の観点から、RR型標準星の周期分布に果たす役割を評価すること。
• 合成水平枝（HB）シミュレーションと観測された周期周波数ヒストグラムおよび平均周期を比較することで、今後の理論的モデリングの観測的基盤を提供すること。

提案手法

• 32個の球状星団について、周期と脈動モードが明確に識別された12個以上のRR型標準星を有するものについて、周期周波数ヒストグラムを収集した。
• すべての周期を基本モードに変換することで、異なる脈動モード間での直接比較を可能にするため、周期の基本化を実施した。
• 平均周期分析に十分なデータの有意性を確保するため、少なくとも10個のRRabおよび5個のRRc星を有する26個のクラスタを選別した。
• 金属量に起因する光度効果の有無を検証するために、オーステルホフ型IおよびIIのクラスタ間で観測された周期分布と平均周期を比較した。
• 不安定帯の温度範囲に関する異なる仮定の下で、質量および光度分布を変化させた合成水平枝（SHB）モデルを用いて、周期およびモード分布をシミュレートした。
• 第一高調波モード星（RRc）の割合（Nc/Ntot）と、基本モードと第一高調波モードの脈動端の有効温度差との相関を分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測範囲内で、クラスタの金属量に伴いRR型標準星の不安定帯幅が顕著に変化するか？
• RQ2 観測されたオーステルホフ二重性が、脈動星の光度の金属量依存的変化に起因するのか、それとも脈動モードの変化に起因するのか？
• RQ3 オーステルホフ型IおよびIIのクラスタ間で、第一高調波モード星（RRc）の相対的割合はどのように変化するか？ これは不安定帯の構造に何を示唆するか？
• RQ4 観測された平均基本モード周期（Pab）と基本化された周期（Pf）との差が、不安定帯の「OR領域」におけるモード切り替え機構をどれほど支持するか？
• RQ5 脈動星の質量が光度および金属量と相関的に変化する場合、観測された周期分布は理論的予測と整合するか？

主な発見

• あるクラスタにおける基本化された周期の範囲は、サンプルがカバーする金属量の範囲においてほとんど一定であり、M15およびNGC6441を除く2例を除いては、RR型標準星の不安定帯の温度幅が金属量にほとんど依存しないことを示している。
• 予測された脈動星の光度の金属量依存性にかかわらず、観測された周期分布は影響を受けない。これは、光度傾向を相殺するように脈動星質量が相関的に変化していることを示唆している。
• 平均周期 <Pab> における明確なオーステルホフ二重性が確認された。オーステルホフ型Iクラスタでは <Pab> ≈ 0.6日（log <Pab> ≈ -0.22）であり、オーステルホフ型IIクラスタではより長い平均周期を示した。
• オーステルホフ型IIから型Iへの移行において、平均基本化周期 <Pf> は一定のままである。これは、不安定帯の有効温度範囲が金属量に依存しないことを示している。
• 観測された <Pab> と <Pf> の差は、「OR領域」におけるモード切り替え機構と整合的であり、オーステルホフ型Iクラスタでは基本モードで脈動し、オーステルホフ型IIクラスタでは第一高調波モードで脈動している。
• M3（オーステルホフ型I）およびM15（オーステルホフ型II）における第一高調波モード星の相対的割合と周期周波数ヒストグラムは、両者で不安定帯の温度範囲が類似しているが、水平枝における進化的・構造的要因により脈動モードが異なるというシナリオを支持している。