[논문 리뷰] RR Lyrae stars in Galactic globular clusters. VI. The Period-Amplitude relation

G. Bono, F. Caputo외 1명|ArXiv.org|2007. 09. 20.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 56인용 수 27

한 줄 요약

이 연구는 비선형 대류 진동 모델과 합성 수평가닥 시뮬레이션을 사용하여 은하수 궤도 별단 내 RR Lyrae 항성의 주기-진폭(PA_V) 관계를 조사한다. PA_V 평면은 수평가닥 형태에 강하게 의존하므로 금속성 진단으로서 신뢰할 수 없지만, 금속성과 수평가닥 유형과 함께 고려할 경우 정확한 거리 추정치를 제공하며, [Fe/H] ≈ -2.5에서 0.0 사이에서 비선형(포물선형) M_V(RR)-[Fe/H] 관계를 드러낸다.

ABSTRACT

We compare theory and observations for fundamental RR Lyrae in the solar neighborhood and in both Oosterhoff type I (OoI) and type II (OoII) Galactic globular clusters (GGCs). The distribution of cluster RR_ab in the PA_V plane depends not only on the metal abundance, but also on the cluster Horizontal Branch (HB) morphology. On average the observed k_puls parameter, connecting the period to the visual amplitude, increases when moving from metal-poor to metal-rich GGCs. However, this parameter shows marginal changes among OoI clusters with intermediate to red HB types and iron abundances -1.8<= [Fe/H] <=-1.1, whereas its value decreases in OoII clusters with the bluer HB morphology. Moreover, at [Fe/H]=-1.7+-0.1 the OoI clusters present redder HB types and larger values than the OoII clusters. The RR_ab variables in Omega Cen and in the solar neighborhood further support the evidence that the spread in [Fe/H], at fixed k_puls, is of the order of +-0.5 dex. Synthetic HB simulations show that the PA_V plane can provide accurate cluster distance estimates. The RR_ab variables in OoI and in OoII clusters with very blue HB types obey a well-defined M_V(RR)-k_puls relation, while those in OoII clusters with moderately blue HB types present a zero-point that is ~0.05 mag brighter. Regarding field variables, we show that with [Fe/H]=> -1.0 a unique M_V(RR)-k_puls relation can be adopted, independently of the parent HB morphology. Current findings suggest that the PA_V distribution does not seem to be a robust diagnostic for the metal abundance of RR_ab variables. However, the same observables can be used to estimate the absolute magnitude of globular cluster and field RR_ab variables. We show that over the metallicity range -2.4<= [Fe/H] <= 0.0 the M_V(RR)-[Fe/H] relation shows a parabolic behavior.

연구 동기 및 목표

• 은하수 궤도 별단 내 RR Lyrae 항성의 주기-진폭(PA_V) 관계가 금속성 진단으로서 신뢰할 수 있는지 평가하기.
• 진동 매개변수 k_puls가 금속성과 수평가닥(HB) 형태에 어떻게 의존하는지 조사하기.
• 전체 금속성 범위 [Fe/H] ≈ -2.5에서 0.0 사이에서 M_V(RR)-[Fe/H] 관계가 선형인지 확인하기.
• PA_V 관계가 궤도 별단과 현장 RR Lyrae 항성의 거리 지표로 사용될 수 있는지 평가하기.
• ω Cen의 일식 이중성에서 유도된 관측 거리로 혼합길이 매개변수 l/H_p를 보정하기.

제안 방법

• 다양한 질량, 금속성, 혼합길이 매개변수 l/H_p를 가진 진동 모델을 사용하여 RR Lyrae 항성의 비선형 대류 진동을 이론적으로 모델링하기.
• 다른 금속성과 Oosterhoff 유형을 가진 별단에서의 수평가닥 형태 분포를 예측하기 위한 합성 수평가닥 시뮬레이션 수행하기.
• Oosterhoff 유형 I(OoI)와 II(OoII) 별단에서 관측된 PA_V 분포를 이론적 예측과 비교하여 수평가닥 형태가 k_puls에 미치는 영향 평가하기.
• 진동 모델과 합성 수평가닥 시뮬레이션을 이용하여 k_puls 기반의 절대 등급 M_V(RR) 관계 유도하기.
• 별단과 현장 RR Lyrae 자료를 사용하여 M_V(RR)-[Fe/H] 관계를 보정하며, [Fe/H] ≥ -1.0인 금속 농도가 높은 현장 항성 포함하기.
• 일식 이중성으로 유도된 ω Cen의 진짜 거리 모듈러스(μ₀ = 13.75 ± 0.04 mag)를 사용하여 혼합길이 매개변수 l/H_p 검증하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 RR Lyrae 항성의 PA_V 관계는 궤도 별단 내 금속성 진단으로 신뢰할 수 있는가?
• RQ2 OoI와 OoII 별단에서 진동 매개변수 k_puls는 금속성과 수평가닥 형태에 어떻게 의존하는가?
• RQ3 [Fe/H] ≈ -2.5에서 0.0의 전체 금속성 범위에서 M_V(RR)-[Fe/H] 관계는 선형인가?
• RQ4 PA_V 관계는 궤도 별단과 현장 RR Lyrae 항성의 정밀한 거리 지표로 사용될 수 있는가?
• RQ5 ω Cen의 거리로 제약을 받는 RR Lyrae 진동 모델의 최적 혼합길이 매개변수 l/H_p는 얼마인가?

주요 결과

• PA_V 분포는 수평가닥 형태에 강하게 의존하므로 금속성 진단으로서 신뢰할 수 없으며, 고정된 k_puls에서 금속성 범위가 ±0.5 dex 범위로 퍼져 있다.
• k_puls는 금속 빈도에서 금속 농도로 갈수록 증가하지만, 중간에서 빨간색 수평가닥 유형을 가진 OoI 별단에서는 변화가 미미하며, 더 높은 금속성임에도 불구하고 더 파란색 수평가닥 형태를 가진 OoII 별단에서는 감소한다.
• 매우 파란색 수평가닥 유형을 가진 OoI 및 OoII 별단의 RR Lyrae 항성은 잘 정의된 M_V(RR)-k_puls 관계를 따르지만, 중간 정도로 파란색 수평가닥 유형을 가진 OoII 별단의 항성은 고정된 k_puls에서 약 0.05 mag 더 밝다.
• M_V(RR)-[Fe/H] 관계는 [Fe/H] ≈ -2.5에서 0.0 사이에서 선형이 아니며, 0.09[Fe/H]² 항을 포함한 포물선 형태를 띤다.
• [Fe/H] ≥ -1.0인 현장 RR Lyrae 항성의 경우, 부모 수평가닥 색상 분포와 관계없이 단일한 M_V(RR)-k_puls 관계가 성립한다.
• 최적의 혼합길이 매개변수 l/H_p는 약 1.7이며, 이는 PA_V 기반 거리 모듈러스(μ₀ = 13.68 ± 0.09 mag)가 일식 이중성으로 유도된 ω Cen의 거리 모듈러스(μ₀ = 13.75 ± 0.04 mag)와 1σ 범위 내에서 일치시킨다.