[論文レビュー] The long-period Galactic Cepheid RS Puppis - III. A geometric distance from HST polarimetric imaging of its light echoes

P. Kervella, Howard E. Bond+9 more|Repository of the Academy's Library (Library of the Hungarian Academy of Sciences)|Aug 7, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 61被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、ハッブル宇宙望遠鏡を用いた偏光画像による光エコー観測を活用し、長周期セフェイド星 RS Puppis までの幾何的距離を測定した。偏光度を用いて3次元ほどの分布を再構築し、距離を 1910 ± 80 pc（4.2%）として導出した。この手法は、セフェイドの周期-光度関係のゼロポイントを独立して補正可能であり、系誤差に強く、宇宙距離階層の基準点として極めて重要である。

ABSTRACT

As one of the most luminous Cepheids in the Milky Way, the 41.5-day RS Puppis is an analog of the long-period Cepheids used to measure extragalactic distances. An accurate distance to this star would therefore help anchor the zero-point of the bright end of the period-luminosity relation. But, at a distance of about 2 kpc, RS Pup is too far away for measuring a direct trigonometric parallax with a precision of a few percent with existing instrumentation. RS Pup is unique in being surrounded by a reflection nebula, whose brightness varies as pulses of light from the Cepheid propagate outwards. We present new polarimetric imaging of the nebula obtained with HST/ACS. The derived map of the degree of linear polarization pL allows us to reconstruct the three-dimensional structure of the dust distribution. To retrieve the scattering angle from the pL value, we consider two different polarization models, one based on a Milky Way dust mixture and one assuming Rayleigh scattering. Considering the derived dust distribution in the nebula, we adjust a model of the phase lag of the photometric variations over selected nebular features to retrieve the distance of RS Pup. We obtain a distance of 1910 +/- 80 pc (4.2%), corresponding to a parallax of 0.524 +/- 0.022 mas. The agreement between the two polarization models we considered is good, but the final uncertainty is dominated by systematics in the adopted model parameters. The distance we obtain is consistent with existing measurements from the literature, but light echoes provide a distance estimate that is not subject to the same systematic uncertainties as other estimators (e.g. the Baade-Wesselink technique). RS Pup therefore provides an important fiducial for the calibration of systematic uncertainties of the long-period Cepheid distance scale.

研究の動機と目的

• 従来のBaade-Wesselink法とは独立した、RS Puppisへの幾何的距離の提供を目的とする。
• 正確に測定された距離を用いて、長周期セフェイドの周期-光度関係のゼロポイントを補正することを目的とする。
• 脈動星からの光エコーを用いた偏光測定による距離測定の実行可能性と正確性を検証することを目的とする。
• 銀河系のダスト混合とレイリー散乱の2つの偏光モデルを比較することで、この手法の頑健性を評価することを目的とする。
• 将来の宇宙距離指標の補正の基準対象として、RS Puppisをフィデュシャル対象として確立することを目的とする。

提案手法

• ハッブル宇宙望遠鏡のアドバンスド・カメラ・フォー・サーベイズ（ACS）を用いて、RS Puppisの反射星雲の高分解能偏光画像を取得した。
• 星雲全体にわたる線形偏光度（pL）をマッピングし、散乱の幾何構造を推定し、3次元ダスト分布を再構築した。
• ダストの散乱角を推定するために、銀河系ダスト混合に基づくモデルとレイリー散乱を仮定するモデルの2つを適用した。
• セフェイドの脈動周期と比較して、星雲の特定領域における光度変動の位相遅れを用いて、光の伝播遅延時間を特定した。
• 遅延時間と散乱の幾何構造を組み合わせ、関係式 d = c × Δt / (1 - cosθ) を用いて距離を計算した。ここで θ は散乱角である。
• モデルに伴う不確実性を誤差伝搬法で評価し、統計的誤差よりも系誤差が主な寄与を示した。両モデル間の整合性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 光エコーの偏光画像測定は、Baade-Wesselink法とは独立したRS Puppisへの幾何的距離を提供できるか？
• RQ2 異なる偏光モデル（銀河系ダスト混合対レイリー散乱）は、導出される距離と散乱幾何にどのような影響を与えるか？
• RQ3 この手法による距離測定の精度と正確性は何か？ また、既存の文献値と比較してどうなるか？
• RQ4 この手法は、同様のエコー構造を持つ他のセフェイドや一時的天体にどの程度一般化可能か？
• RQ5 得られた距離は、セフェイドの周期-光度関係のゼロポイントをどのようにアンカーリングに寄与するか？

主な発見

• RS Puppisへの幾何的距離は 1910 ± 80 pc であり、相対誤差は 4.2% に相当する。視差は 0.524 ± 0.022 mas である。
• 銀河系ダスト混合モデルとレイリー散乱モデルの両者で良好な一致が得られ、幾何的再構築の頑健性が裏付けられた。
• 採用したモデルパラメータの系統的不確実性が、最終的な誤差予算の主な寄与を占めており、統計的ノイズよりも顕著である。
• この結果は、Kervellaら（2008年）が報告した 1992 ± 28 pc の測定値と整合的であるが、根本的に異なる幾何的測定法を用いている。
• この手法は、Baade-Wesselink法が抱える系誤差とは異なるため、価値ある独立した補正アンカーを提供する。
• RS Puppisは、この手法に適した高密度で反射性の高いダスト星雲に埋め込まれた、唯一知られている銀河系セフェイドであり、特異的かつ極めて重要な補正対象である。