[論文レビュー] Yellow Post-Asymptotic-Giant-Branch Stars as Standard Candles. I. Calibration of the Luminosity Function in Galactic Globular Clusters

Robin Ciardullo, Howard E. Bond+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 12, 2022

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 64被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、球状星団のデータを用いて、黄色の後-水平枝星（yPAGB）を銀河間標準キャンドルとしてキャリブレーションし、その光度関数が極めてきついこと、平均絶対的Vバンド等級⟨MV⟩ = −3.37 ± 0.03、分散はわずか0.10 magであることを示している。これは、距離測定においてセフェイドよりも精度が高く、明るく安定したVバンド等級と特徴的な色（0.0 ≤ (B−V)₀ ≤ 0.5）を活用することで、最小限の混入で効率的に検出可能であり、約10 MpcまでのセフェイドおよびTRGB距離スケールの有望なクロスチェックを提供する。

ABSTRACT

We use results of a survey for low-surface-gravity stars in Galactic (and LMC) globular clusters to show that "yellow" post-asymptotic-giant-branch (yPAGB) stars are likely to be excellent extragalactic standard candles, capable of producing distances to early-type galaxies that are accurate to a few percent. We show that the mean bolometric magnitude of the 10 known yPAGB stars in globular clusters is <Mbol> = -3.38 +/- 0.03, a value that is ~0.2 mag brighter than that predicted from the latest post-horizontal-branch evolutionary tracks. More importantly, we show that the observed dispersion in the distribution is only 0.10 mag, i.e., smaller than the scatter for individual Cepheids. We describe the physics that can produce such a small dispersion, and show that, if one restricts surveys to the color range 0 < (B-V)0 < 0.5, then samples of non-variable yPAGB stars can be identified quite easily with a minimum of contamination. The bright absolute V magnitudes of these stars (<Mv> = -3.37) make them, by far, the visually brightest objects in old stellar populations and ideal Population II standard candles for measurements out to ~10 Mpc with current instrumentation. A Hubble Space Telescope survey in the halos of galaxies in the M81 and Sculptor groups could therefore serve as an effective cross-check on both the Cepheid and TRGB distance scales.

研究の動機と目的

• yPAGB星を、光度分散が最小限の信頼できる銀河間標準キャンドルとしてキャリブレーションすること。
• 特にセフェイドとTRGBに基づくH₀測定値の間にあるハッブル・トランスレートの不一致を解消すること。
• Type Ia超新星の光度をキャリブレーションするための代替的で高精度な距離指標を提供すること。
• yPAGB星が、色-等級選別を用いて、銀河外調査で効率的に同定可能であることを示すこと。

提案手法

• 銀河の球状星団における低表面重力星のVバンド等級と(B−V)₀色を用いて、yPAGB候補を同定した。
• Moehlerら（2019）の理論的後-水平枝進化軌道を用いて、観測されたCMD（色-等級図）を解釈した。
• 既知の10個のyPAGB星について、平均全波長等級⟨Mbol⟩ = −3.38 ± 0.03および絶対的Vバンド等級⟨MV⟩ = −3.37をキャリブレーションした。
• 非可変なyPAGB星を最小限の混入で分離するため、色窓（0.0 ≤ (B−V)₀ ≤ 0.5）を定義した。
• M81およびスカルプトール銀河団のハロー領域におけるyPAGB星の検出に、ハッブル宇宙望遠鏡のWFC3/UVIS F336Wフィルターを提案した。
• yPAGB調査の効率性をセフェイドおよびTRGB手法と比較し、低混雑度と高明るさの利点を強調した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 yPAGB星は、低い固有の光度分散を持つ高精度な標準キャンドルとして機能できるか？
• RQ2 銀河の球状星団におけるyPAGB星のVバンド等級の観測分散はどの程度か？
• RQ3 yPAGB星は、光度測定による色選別を用いて銀河外調査で信頼性高く同定可能か？
• RQ4 yPAGB星の光度は金属量および星族の性質にどのように依存するか？
• RQ5 yPAGB星は、セフェイドおよびTRGB距離スケールの独立したクロスチェックを提供できるか？

主な発見

• 球状星団におけるyPAGB星の平均絶対的Vバンド等級は⟨MV⟩ = −3.37 ± 0.03であり、古くから存在する星族において最も明るい視覚的対象である。
• Vバンド等級の観測分散はわずか0.10 magであり、セフェイドの周期-光度関係の散らばりよりも顕著に小さい。
• 平均全波長等級⟨Mbol⟩ = −3.38 ± 0.03は、現在の後-HB進化モデルの予測よりも約0.2 mag明るい。
• 色範囲0.0 ≤ (B−V)₀ ≤ 0.5を用いることで、yPAGB星は効率的に選別可能であり、他の星種からの混入が最小限に抑えられる。
• ハッブル宇宙望遠鏡のWFC3 F336Wフィルターを用いれば、M81およびスカルプトール銀河団のハロー領域におけるyPAGB星を4軌以内で検出可能である。
• yPAGB星は、約10 Mpcまでの範囲でType Ia超新星のキャリブレーションに有望であり、ガイアのパララックスとSN Ia光度の直接的リンクを提供する。