[논문 리뷰] Distance, reddening and three dimensional structure of the SMC - I: Using RRab stars

Sukanta Deb|arXiv (Cornell University)|2017. 07. 11.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 3인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 OGLE-IV 설문에서 확보한 3,522개의 RRab 항성에 대한 동시 V 및 I 대역 광도 측정을 이용하여 소마그ellan운성(SMC)의 진거리 모odulus와 적색화를 동시에 결정한다. 그 결과, 평균 거리 모odulus μ₀ = 18.909 ± 0.148 mag 및 E(B−V) = 0.066 ± 0.036 mag를 도출한다. 또한 SMC의 3차원 구조를 타원체로 모델링하여 축 비율 1.000 ± 0.001, 1.113 ± 0.002, 2.986 ± 0.023를 산출하였으며, 최근의 독립적 연구 결과와 일치한다.

ABSTRACT

We present a study of simultaneous determination of mean distance and reddening to the Small Magellanic Cloud (SMC) using the two photometric band RR Lyrae data. Currently available largest number of highly accurate and precise light curve data of the fundamental mode RR Lyrae stars (RRab) with better areal coverage released by the Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE)-IV project observed in the two photometric bands $(V,I)$ were utilised simultaneously in order to determine true distance and reddening independently for each of the individual RRab stars. Different empirical and theoretical calibrations leading to the determination of absolute magnitudes of RRab stars in the two bands, $V$ and $I$ along with their mean magnitudes were utilised to calculate the apparent distance moduli of each of these RRab stars in these two bands. Decomposing the apparent distance moduli into true distance modulus and reddening in each of these two bands, individual RRab distance and reddening were estimated solving the two apparent distance moduli equations. Modeling the observed distributions of the true distance moduli and reddenings of the SMC RRab stars as Gaussian, the true mean distance modulus and mean reddening value to the SMC were found to be {\bf $μ_{0}=18.909\pm0.148$ mag and $E(B-V)=0.066\pm0.036$ mag, respectively. This corresponds to a distance of $D = 60.506\pm 4.126$~kpc to the SMC. The three dimensional distribution of the SMC RRab stars was approximated as ellipsoid. Then using the principal axes transformation method \citep{deb14} we find the axes ratios of the SMC: $1.000\pm0.001,1.113\pm 0.002, 2.986\pm0.023$ with $i=3^{\circ}.156\pm0^{\circ}.188$ and $θ_{ ext{lon}}=38^{\circ}.027\pm0.577$.} These results are in agreement with other recent independent previous studies using different tracers and methodologies.

연구 동기 및 목표

• 다중 대역 광도 측정을 통해 RRab 항성들을 이용하여 소마그ellan운성(SMC)의 진거리 모odulus와 적색화를 동시에 결정한다.
• RRab 항성의 3차원 공간 분포를 타원체로 모델링하여 은하의 본질적 형상과 정렬을 추론한다.
• 대규모 고정밀 OGLE-IV 데이터셋을 활용하여 RRab 항성의 경험적 주기-색상 관계를 검증한다.
• 개별 RRab 항성의 적색화 추정치를 바탕으로 SMC의 고해상도 적색화 지ap을 제작한다.

제안 방법

• OGLE-IV 데이터베이스에 포함된 3,522개의 RRab 항성에서의 V 및 I 대역 광도 곡선을 동시에 분석하여 양 대역에서의 상대 거리 모odulus를 유도한다.
• RRab 항성의 절대 등급에 대한 경험적 및 이론적 보정을 이용하여 상대 거리 모odulus를 진거리 모odulus와 적색화로 분해한다.
• 진거리 모odulus와 적색화의 분포를 정규분포로 모델링하여 SMC의 평균 거리와 평균 적색화를 추정한다.
• RRab 항성의 3차원 공간 분포에 주축 변환 방법(Deb & Singh, 2014)을 적용하여 타원체의 축 비율과 기울기 각도를 결정한다.
• 개별 적색화 값을 평균화하여 10×10 격자 적색화 지도를 제작하여 SMC 전역에서의 흡수 변화를 시각화한다.
• E(V−I) 보정을 통해 유도된 내재 색상 데이터를 이용하여 주기-색상 관계 (V−I)₀ = (1.255 ± 0.003)logP + (0.787 ± 0.001)을 유도한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이중 광도 대역에서 RRab 항성을 이용하여 SMC의 거리와 적색화를 동시에 자기 일관성 있게 결정할 수 있는가?
• RQ2 SMC의 RRab 항성 3차원 공간 분포는 구대칭에서 얼마나 벗어나 있으며, 그 타원체 구조의 축 비율은 무엇인가?
• RQ3 SMC 전역에서 적색화는 어떻게 변화하는가? 관측된 항성 밀도 또는 형상과 상관관계가 있는가?
• RQ4 대규모 고정밀 OGLE-IV 데이터셋에서 유도된 RRab 항성의 주기-색상 관계는 얼마나 강인한가?
• RQ5 유도된 SMC의 구조적 매개변수는 다른 추적자들과 다른 방법론에 의해 도출된 결과와 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• SMC의 평균 진거리 모odulus는 μ₀ = 18.909 ± 0.148 mag이며, 이는 거리 D = 60.506 ± 4.126 kpc에 해당한다.
• SMC의 평균 적색화는 E(B−V) = 0.066 ± 0.036 mag이며, 이에 해당하는 E(V−I) = 0.088 ± 0.049 mag이다.
• RRab 항성의 3차원 구조는 축 비율 1.000 ± 0.001, 1.113 ± 0.002, 2.986 ± 0.023인 타원체로 가장 잘 기술된다.
• 기울기 각도 i = 3.156° ± 0.188° 및 노드 선의 경도 θ_lon = 38.027° ± 0.577°는 거의 면대면으로, 길쭉한 구조임을 나타낸다.
• 주기-색상 관계 (V−I)₀ = (1.255 ± 0.003)logP + (0.787 ± 0.001)이 유도되었으며, 잔차 제곱근 오차는 자유도당 0.108이다.
• 유도된 주기-색상 관계는 27,138개의 LMC RRab 항성에 대해 검증되었으며, 평균 적색화 E(V−I) = 0.096 ± 0.067 mag를 도출하여 독립적 측정 결과와 일치한다.