[論文レビュー] The OGLE Collection of Variable Stars. Anomalous Cepheids in the Magellanic Clouds

I. Soszyński, A. Udalski+11 more|arXiv (Cornell University)|Aug 4, 2015

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、大・小マゼラン雲（LMCおよびSMC）における250個の異常 Cepheid（AC）のカタログを提示する。これは、SMCにおける最初の確認済みACおよび、銀河系の前景に位置する4つの基本モードACを含む。フーリエ光曲線分解を用いて、著者らは$φ_{21}$および$φ_{31}$係数が、特にLMCおよび銀河系領域で、ACと古典的Cepheidを効果的に区別できることを示している。一方、SMCでは光曲線の類似性が分類を複雑にし、短周期Cepheidにおける非線形的距離-周期関係の原因である可能性がある。

ABSTRACT

We present a collection of 250 anomalous Cepheids (ACs) discovered in the OGLE-IV fields toward the Large (LMC) and Small Magellanic Cloud (SMC). The LMC sample is an extension of the OGLE-III Catalog of ACs published in 2008, while the SMC sample contains the first known bona fide ACs in this galaxy. The total sample is composed of 141 ACs in the LMC and 109 ACs in the SMC. All these stars pulsate in single modes: fundamental (174 objects) or first overtone (76 objects). Additionally, we report the discovery of four ACs located in the foreground of the Magellanic Clouds. These are the first fundamental-mode ACs known in the Galactic field. We demonstrate that the coefficients phi_21 and phi_31 determined by the Fourier light curve decomposition are useful discriminators between classical Cepheids and ACs, at least in the LMC and in the field of the Milky Way. In the SMC, the light curve shapes and mean magnitudes of short-period classical Cepheids make them similar to ACs, which is a source of difficulties in the discrimination of both classes of pulsators. The presence of unidentified ACs in the catalogs of classical Cepheids may be partly responsible for the observed non-linearity of the period-luminosity relation observed for short-period Cepheids in the SMC. We compare spatial distributions of ACs, classical Cepheids and RR Lyr stars. We show that the distribution of ACs resembles that of old stars (RR Lyr variables), although in the LMC there are visible structures typical for young population (classical Cepheids): the bar and spiral arms. This may suggest that ACs are a mixture of relatively young stars and mergers of very old stars.

研究の動機と目的

• 大マゼラン雲および小マゼラン雲方向のOGLE-IV調査領域における異常 Cepheid（AC）の同定およびカタログ作成を目的とする。
• 低金属量のため、光曲線および平均等級が類似しているSMCにおいて、ACと古典的Cepheidを区別する曖昧さを解消することを目的とする。
• 古典的CepheidおよびRR Lyr星と比較したACの空間分布を分析することで、ACの起源を解明することを目的とする。
• OGLE-IV調査の光度データを用いて、特に基本モードACを含む銀河系のハロー領域におけるACの同定および特徴の特定を目的とする。

提案手法

• 2010年から2015年までに、ラス・カンパニャス天文台の1.3mワルシャワ望遠鏡を用いて、時系列的IバンドおよびVバンド光度を取得した。
• 変光星の検出感度を向上させるために、差分画像解析法を用いてデータを減衰処理した。
• 光曲線のフーリエ分解を実施し、ACと古典的Cepheidを区別するための$φ_{21}$および$φ_{31}$係数を抽出した。
• LMCにおけるACの距離-周期（PL）関係を導出し、SMCにおけるそれと比較することで、脈動行動の差を評価した。
• AC、古典的Cepheid、RR Lyr星の空間分布を分析し、進化起源を推察した。
• LMCにおけるACに校正された$\log{P}$ – $W_{I}$関係を用いて、星の距離を推定した。なお、LMCの距離は49.97 kpcと仮定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 小マゼラン雲における異常 Cepheid の分布および性質は何か。また、この環境下での古典的Cepheidとはどのように異なるか。
• RQ2 フーリエ光曲線パラメータ$φ_{21}$および$φ_{31}$は、LMCおよび銀河系領域において、異常 Cepheid と古典的Cepheid を信頼性高く区別できるか。
• RQ3 小マゼラン雲における短周期Cepheidの距離-周期関係が非線形的であるのはなぜか。また、誤分類されたACがこの現象に寄与している可能性はあるか。
• RQ4 LMCにおけるACの空間分布は、それらの形成メカニズム（中年齢の金属不足星、または進化した二重星合体生成物）をどのように示唆するか。
• RQ5 銀河系のハロー領域における異常 Cepheid は、これまでの推定よりも多数存在するのだろうか。また、光度曲線の形態を用いて信頼性高く同定可能か。

主な発見

• OGLE-IV調査により、大マゼラン雲に141個、小マゼラン雲に109個の異常 Cepheid が発見され、そのうちSMCに於ける最初の確認済み真正のACが含まれていた。
• 銀河系の前景に、4つの基本モード異常 Cepheid が同定され、これは銀河系領域における最初の発見である。
• フーリエ係数$φ_{21}$および$φ_{31}$は、LMCおよび銀河系領域において、古典的Cepheidと異常 Cepheid を効果的に区別する指標である。
• SMCでは、短周期古典的Cepheidの光曲線形状および平均等級がACと類似しており、分類が困難であり、距離-周期関係の非線形性に寄与している可能性がある。
• LMCにおけるACの空間分布は、棒構造および渦巻き腕の痕跡を示しており、若年齢の集団であることを示唆する。一方、SMCおよびLMC中心から離れた大角度距離における分布は、古くさい星（RR Lyr星）に類似しており、複合起源を示唆している。
• 光曲線の形態およびフーリエパラメータによって確認された銀河系ハロー領域におけるACの存在は、それらがこれまでの認識よりも多数存在することを示唆しており、特に銀河系の領域において顕著である。