[논문 리뷰] Photometric multi-site campaign on the open cluster NGC 884 I. Detection of the variable stars

S. Saesen, F. Carrier외 63명|arXiv (Cornell University)|2010. 01. 07.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 51인용 수 21

한 줄 요약

이 연구는 젊은 산개성단 NGC 884에서 다중 현장 광도 측정 캠프레인을 수행하였으며, U, B, V, I 필터를 통해 15台의 망원경을 사용해 총 77,500장의 CCD 이미지를 확보하였다. 광도 정밀도는 1mmag 이내로 확보되었고, B-, A-, F형 다주기 및 단주기 변광성별 100여 개 이상, 새로운 쌍성 일식 이진성 6개, 비정규 변광성도 발견하여 기존 β Cephei 별의 불안정성 지붕 이론 모델에 도전한다.

ABSTRACT

CONTEXT: Recent progress in the seismic interpretation of field beta Cep stars has resulted in improvements of the physics in the stellar structure and evolution models of massive stars. Further asteroseismic constraints can be obtained from studying ensembles of stars in a young open cluster, which all have similar age, distance and chemical composition. AIMS: To improve our comprehension of the beta Cep stars, we studied the young open cluster NGC 884 to discover new B-type pulsators, besides the two known beta Cep stars, and other variable stars. METHODS: An extensive multi-site campaign was set up to gather accurate CCD photometry time series in four filters (U, B, V, I) of a field of NGC884. Fifteen different instruments collected almost 77500 CCD images in 1286 hours. The images were calibrated and reduced to transform the CCD frames into interpretable differential light curves. Various variability indicators and frequency analyses were applied to detect variable stars in the field. Absolute photometry was taken to deduce some general cluster and stellar properties. RESULTS: We achieved an accuracy for the brightest stars of 5.7 mmag in V, 6.9 mmag in B, 5.0 mmag in I and 5.3 mmag in U. The noise level in the amplitude spectra is 50 micromag in the V band. Our campaign confirms the previously known pulsators, and we report more than one hundred new multi- and mono-periodic B-, A- and F-type stars. Their interpretation in terms of classical instability domains is not straightforward, pointing to imperfections in theoretical instability computations. In addition, we have discovered six new eclipsing binaries and four candidates as well as other irregular variable stars in the observed field.

연구 동기 및 목표

• 젊은 산개성단 NGC 884에서 B형 펄세이터를 탐지하여 거대 별 진화의 항성세ismic 제약 조건을 향상시키기 위해.
• 특히 β Cephei 별에 대해 산개성단의 불안정성 지붕 내에서 변광성별의 분포를 조사하기 위해.
• 고정밀 상대 및 절대 광도 측정을 통해 성단과 별의 광도적 특성을 결정하기 위해.
• 일식 이진성과 기타 비정규 변광성별을 식별하여 젊은 성단 내 항성 변동성의 총합을 향상시키기 위해.
• 관측된 진동 모드를 이론적 불안정성 지붕 예측과 비교하여 정확도를 시험하기 위해.

제안 방법

• U, B, V, I 필터를 사용하여 4개의 필터에서 15대의 지상 망원경을 활용해 1286시간 동안 총 77,500장의 CCD 이미지를 확보한 연계된 다중 현장 광도 캠프레인을 수행하였다.
• 표준 광도 측정 감소 기법을 사용하여 모든 CCD 프레임을 상대 광도 곡선으로 교정 및 감소하였다.
• 다양한 변광성 지표와 주파수 분석 도구를 적용하여 광도 곡선 내 주기적 및 다주기 신호를 탐지하였다.
• 성단과 개별 별의 매개변수인 거리, 연령, 적색화 등을 유도하기 위해 절대 광도 측정을 수행하였다.
• V 대역에서 50 마이크로마그의 노이즈 수준을 갖는 진폭 스펙트럼을 사용하여 탐지 유의성 평가 및 진짜 변광성과 노이즈의 구분을 하였다.
• NGC 884의 균일한 연령, 거리, 금속성 특성을 활용하여 관측된 진동 특성과 이론적 모델을 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 884의 불안정성 지붕 내에서 새로운 B-, A-, F형 펄세이팅 별의 분포는 어떻게 되며, 이는 이론적 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ2 관측된 영역 내에서 새로운 일식 이진성계와 비정규 변광성별은 몇 개인가?
• RQ3 관측된 변광성의 주파수와 진폭은 현재의 β Cephei 불안정성 지붕 모델과 얼마나 다를까?
• RQ4 U, B, V, I 대역에서 확보된 광도 정밀도는 무엇이며, 이는 저진폭 변광성의 탐지에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 다중 현장 캠프레인은 균일한 물리적 특성을 가진 젊은 산개성단에서 통계적으로 유의미한 수준의 변광성별을 성공적으로 식별하고 특성화할 수 있는가?

주요 결과

• 최저 밝기의 별들에 대해 V 대역에서 5.7 mmag, B 대역에서 6.9 mmag, I 대역에서 5.0 mmag, U 대역에서 5.3 mmag의 광도 정밀도를 확보하였다.
• V 대역에서 진폭 스펙트럼의 노이즈 수준이 50 마이크로마그에 도달하여 저진폭 변광성의 고감도 탐지가 가능하였다.
• B-, A-, F형 다주기 및 단주기 별 100여 개 이상이 신규로 탐지되었으며, 이들의 펄세이션 특성은 이론적 불안정성 지붕 모델과 잘 부합하지 않았다.
• 새로운 일식 이진성계 6개와 후보 4개가 식별되어 NGC 884 내에서 이러한 시스템의 알려진 인구를 크게 확장하였다.
• 비정규 변광성별이 탐지되어 펄세이션과 일식 외의 다양한 변광 기작이 존재함을 시사하였다.
• 이 연구는 이전에 알려진 두 개의 β Cephei 별을 확인하였으며, 향후 거대 별의 항성세ismic 모델링을 위한 종합적이고 고정밀 데이터 세트를 제공한다.