[논문 리뷰] Optical Gravitational Lensing Experiment. Distance to the Magellanic Clouds with the Red Clump Stars: Are the Magellanic Clouds 15% Closer than Generally Accepted?

A. Udalski, M. K. Szymański외 4명|arXiv (Cornell University)|1998. 03. 04.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 히파르코스 데이터로 校정된 적색 클러스터 별 방법을 사용하여 대마젤란운성과 소마젤란운성까지의 거리 측정을 새롭게 제시한다. 이로 인해 두 은하가 이전에 받아들여진 것보다 약 15% 더 가까운 것으로 밝혀졌으며, LMC의 거리 모듈러스는 18.08 mag, SMC는 18.56 mag이다. 이는 네 가지 다른 시선 방향에서 일관된 결과를 바탕으로 한 것이다. 체계적 오차의 주요 원인은 적색편이 불확실성이다.

ABSTRACT

We present a new distance determination to the Large and Small Magellanic Clouds using the newly developed red clump stars method (Paczynski and Stanek 1998). This new, single-step, Hipparcos calibrated method seems to be one of the most precise techniques of distance determination with very small statistical error due to large number of red clump stars usually available. The distances were determined independently along four lines-of-sight located at opposite sides of each Magellanic Cloud. The results for each line-of-sight are very consistent. For the SMC we obtain the distance modulus: m-M=18.56+/-0.03+/-0.06 mag (statistical and systematic errors, respectively) and for the LMC: m-M=18.08+/-0.03+/-0.12} mag where systematic errors are mostly due to uncertainty in reddening estimates. Both distances will be refined and systematic errors reduced when accurate reddening maps for our fields are available. Distance moduli to both Magellanic Clouds are ~0.4 mag smaller than generally accepted values. The modulus to the LMC is in good agreement with the recent determinations from RR Lyrae type stars and upper limit resulting from the SN1987A echo. We suspect that the distance to the LMC and SMC is shorter by about 15% than previously assumed: 42 kpc and 52 kpc, respectively. We also present our color-magnitude diagrams around the red clump for the LMC and SMC. We identify vertical red clump, first noted by Zaritsky and Lin (1997), in the color-magnitude diagram of both Magellanic Clouds and we interpret it as an evolutionary feature rather than unknown stellar population between the LMC and our Galaxy.

연구 동기 및 목표

• 적색 클러스터 별을 기반으로 한 새로운 단일 단계 방법을 사용하여 대마젤란운성과 소마젤란운성까지의 정밀한 거리를 측정하는 것.
• 최근 거리 지표 간의 불일치가 발생함에 따라 일반적으로 받아들여진 마젤란운성까지의 거리가 정확한지 테스트하는 것.
• 각 은하로 향하는 여러 시선 방향에서의 거리 측정 결과가 일관된지 평가하는 것.
• 색-등급도에서 관측된 적색 클러스터 특징이 알려지지 않은 간섭성 별 집단의 증거가 아니라 별의 진화적 특징인지 조사하는 것.
• 관측된 영역의 적색편이 지도를 개선하여 거리 추정치의 체계적 오차를 줄이는 것.

제안 방법

• 적색 클러스터 별의 허츠프루ング-루셀도에서 매우 날카로운 절대 등급을 기반으로 한 표준 캔들로서 작동하는 적색 클러스터 별 방법을 사용한다.
• 히파르코스로 校정된 영점 보정을 적용하여 시야 등급을 거리 모듈러스로 변환함으로써 중간 보정에 대한 의존도를 최소화한다.
• 각 마젤란운성에 대해 네 가지 다른 시선 방향에서의 색-등급도(CMD)를 분석하여 공간적 일관성을 확보한다.
• CMD에서 적색 클러스터 특징을 식별하고, 그 수직 구조를 별의 진화적 영향으로 해석하며 별도의 인구가 아니라고 본다.
• 통계적 오차와 체계적 오차를 정량화하며, 후자는 주로 적색편이 추정의 불확실성에 의해 주도된다.
• 고주기 광도 측정 데이터를 이용해 적색 클러스터 별의 등급을 정밀하게 측정하기 위해 옵티컬 중력 렌징 실험(OGLE)의 데이터를 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 대마젤란운성과 소마젤란운성까지의 거리가 현재 받아들여진 값과 유의미하게 다를까?
• RQ2 적색 클러스터 별 방법이 이전 기법보다 더 정밀하고 자기 일관성이 있는 거리 측정을 가능하게 할 수 있을까?
• RQ3 CMD의 적색 클러스터 영역에서 관측된 수직 구조는 별의 진화의 결과인지, 알려지지 않은 간섭성 별 집단의 징후인지?
• RQ4 여러 시선 방향에서의 거리 추정치는 어떻게 비교되며, 이는 은하의 공간 균일성에 대해 어떤 시사점을 갖는가?
• RQ5 적색편이 추정의 불확실성은 최종 거리 모듈러스에 얼마나 큰 영향을 미치며, 더 나은 지도로 이를 줄일 수 있을까?

주요 결과

• 대마젤란운성까지의 거리 모듈러스는 18.08 ± 0.03 (통계적) ± 0.12 (체계적) mag로 측정되었으며, 이는 이전에 가정된 것보다 약 15% 더 짧은 거리임을 시사한다.
• 소마젤란운성까지의 거리 모듈러스는 18.56 ± 0.03 (통계적) ± 0.06 (체계적) mag로 측정되었으며, 이 역시 표준 값에 비해 거리가 약 15% 감소한 것으로 나타났다.
• 각 은하로 향하는 네 개의 독립된 시선 방향에서의 거리 추정치는 뛰어난 일관성을 보이며, 적색 클러스터 방법의 견고성을 뒷받침한다.
• CMD의 적색 클러스터 영역에서 관측된 수직 구조는 실제 별의 진화적 특징으로 해석되며, 알려지지 않은 별 집단의 징후가 아니라고 본다.
• LMC의 거리 모듈러스는 최근 RR 릴라 항성과 SN 1987A의 반사에 기반한 결정과 양호한 일치를 보이며, 새로운 값의 신뢰성을 뒷받침한다.
• 체계적 오차는 주로 적색편이 추정의 불확실성에 의해 주도되며, 향후 적색편이 지도의 개선으로 이러한 오차를 크게 줄일 수 있을 것으로 기대된다.