[論文レビュー] The Optical Gravitational Lensing Experiment. Period-Luminosity Relations of Variable Red Giant Stars

I. Soszyński, W. A. Dziembowski+7 more|ArXiv.org|Oct 15, 2007

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 1被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、LMCおよびSMCの変光赤超巨星における、これまでで最も複雑な周期-等級（PL）関係構造を提示し、OGLEの光度測定を用いて14の明確に区別できるPLシーケンスを同定した。本研究では、赤緑色のないPL図と周期比を用いて、OGLE小振幅赤超巨星（OSARGs）と非可変星およびSRVを分離するための新手法を提案し、長周期二次的変光（LSP）変動の二重星起源に関する強力な証拠を提示した。その根拠として、星の半径と公軌道半径の比R/A ≈ 0.4というほぼ一定の比が得られた。

ABSTRACT

Period-luminosity (PL) relations of variable red giants in the Large (LMC) and Small Magellanic Clouds (SMC) are presented. The PL diagrams are plotted in three planes: logP-K_S, logP-W_{JK}, and logP-W_I. Fourteen PL sequences are distinguishable, and some of them consist of three closely spaced ridges. Each of the sequences is fitted with a linear or quadratic function. The similarities and differences between the PL relations in both galaxies are discussed for four types of red giant variability: OGLE Small Amplitude Red Giants (OSARGs), Miras and Semiregular Variables (SRVs), Long Secondary Periods (LSPs) and ellipsoidal variables. We propose a new method of separating OSARGs from non-variable stars and SRVs. The method employs the position in the reddening-free PL diagrams and the characteristic period ratios of these multiperiodic variables. The PL relations for the LMC OSARG are compared with the calculated relations for RGB models along isochrones of relevant ages and metallicities. We also compare measured periods and amplitudes of the OSARGs with predictions based on the relations valid for less luminous solar-like pulsators. Miras and SRVs seem to follow PL relation of the same slopes in the LMC and SMC, while for LSP and ellipsoidal variables slopes in both galaxies are different. The PL sequences defined by LSP variables and binary systems overlap in the whole range of analyzed wavebands. We put forward new arguments for the binary star scenario as an explanation of the LSP variability and elaborate on it further. The measured pulsation to orbital period ratio implies nearly constant ratio of the star radius to orbital distance, R/A=0.4, as we find. Combined effect of tidal friction and mass loss enhanced by the low-mass companion may explain why such a value is preferred.

研究の動機と目的

• 大マゼラン雲（LMC）および小マゼラン雲（SMC）における変光赤超巨星の、最も詳細な周期-等級（PL）関係構造をマッピングすること。
• OGLE小振幅赤超巨星（OSARGs）を非可変星および準周期変星（SRVs）から区別するための新手法を開発すること。
• 長周期二次的変光（LSP）変動の物理的起源、特に二重星同伴の役割を調査すること。
• 観測されたPL関係を星の脈動モデルと比較し、OSARGsに適用される確率的励起理論の妥当性を評価すること。
• 赤緑色のないWesenheitインデックス（WJK, WI）が距離指標としての有用性と、O型およびC型ヘリウム豊富なAGB星の分離に果たす役割を評価すること。

提案手法

• 1997年以降にラス・カンパニャス天文台の1.3mワルシャウ・望遠鏡で取得されたOGLE調査の長期的光度測定データを用いた。
• 赤緑色のないWesenheitインデックスであるW_JKおよびW_Iを用いて、3つの平面におけるPL図を構築した：log P – K_S、log P – W_JK、log P – W_I。
• 周期比分析（Petersen図に類似）を適用し、多重周期のOSARGsを分類し、SRVsおよび非可変星と区別した。
• 各PLシーケンスに対して線形または2次関数をフィットさせ、勾配と切片を定量化し、異なる星の集団間での比較を可能にした。
• OSARGsの観測されたPL関係を、年齢および金属量が異なる等時線に沿った脈動モデルと比較し、理論的期待と整合性があるかを検証した。
• LSP変星における脈動周期と公軌道周期の比を分析し、星の半径と公軌道半径の比R/A ≈ 0.4がほぼ一定であることを示し、二重星に起因する質量損失メカニズムを支持した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LMCおよびSMCにおける変光赤超巨星の周期-等級（PL）関係の詳細な構造は何か？ また、何個の明確に区別できるシーケンスが存在するか？
• RQ2 光度測定および周期比診断を用いて、OGLE小振幅赤超巨星（OSARGs）を非可変星および準周期変星（SRVs）から信頼性高く分離する方法は何か？
• RQ3 長周期二次的変光（LSP）変動の背後にある物理的メカニズムは何か？ そして、これは二重星同伴シナリオを支持するか？
• RQ4 Miras、SRVs、LSP、および楕円形変光星に対して、LMCとSMCにおけるPL関係の勾配とゼロ点はどのように異なるか？
• RQ5 観測されたOSARGsのPL関係は、確率的励起理論および太陽様脈動星のスケーリング関係の予測とどの程度一致するか？

主な発見

• LMCおよびSMCにおいて14の明確に区別できるPLシーケンスが同定され、特にOSARGsのシーケンスは密接に分かれたリッジを示しており、複数のサブポピュレーションが存在することを示唆した。
• LSP変星および楕円形変光星のPL関係は、分析された全波長帯域で重複しており、両者間に物理的関連があることを示唆した。
• LSP変星における脈動周期と公軌道周期の比から、星の半径と公軌道半径の比R/A ≈ 0.4がほぼ一定であることが示され、二重星に起因する質量損失メカニズムを支持した。
• W_JK平面におけるPLシーケンスはK_S平面よりも明確に定義されており、赤緑色のないWesenheitインデックスが散乱を低減し、距離指標としての信頼性を向上させることを確認した。
• RGB段階のOSARGsは、関連する年齢および金属量の等時線に沿った脈動モデルと良好に一致したが、わずかな不一致は星のモデルの改良が求められることを示唆した。
• O型およびC型ヘリウム豊富なMirasおよびSRVsのPL関係は、W_JK平面ではほぼ同一であったが、K_S平面では顕著に異なっていた。これは、W_JKがポピュレーション分離に優れていることを強調した。