[논문 리뷰] RR Lyrae stars in the newly discovered ultra-faint dwarf galaxy Centaurus I

C. E. Martínez-Vázquez, W. Cerny외 23명|arXiv (Cornell University)|2021. 07. 12.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 93인용 수 12

한 줄 요약

이 연구는 다중 에포크 DECam 이미징을 통해 초가벼운 퇴색은 퇼성운인 설탕자리 I(Centaurus I)에서 세 개의 RR 리라형 항성—두 개의 RRc와 한 개의 RRab—를 탐지했다. 이 항성들의 은하의 헬리오세틱 황도에서 멀리 떨어진 공간적 군집은 강력한 증거(4.7σ의 유의수준)를 제공하며, 설탕자리 I에의 소속을 뒷받침한다. 이로 인해 정확한 거리 모듈러스 μ₀ = 20.354 ± 0.002 mag(D⊙ = 117.7 ± 0.1 kpc)를 산정하였으며, 설탕자리 I가 진정으로 초가벼운 퇴색은 퇴색은 훌륭한 금속성과 다른 UFD들과 일치하는 것으로 확인되었다.

ABSTRACT

We report the detection of three RR Lyrae (RRL) stars (two RRc and one RRab) in the ultra-faint dwarf (UFD) galaxy Centaurus I (CenI) and two Milky Way (MW) $\delta$ Scuti/SX Phoenicis stars based on multi-epoch $giz$ DECam observations. The two RRc stars are located within 2 times the half-light radius (r$_h$) of Cen I, while the RRab star (CenI-V3) is at $\sim6$ r$_h$. The presence of three distant RRL stars clustered this tightly in space represents a 4.7$\sigma$ excess relative to the smooth distribution of RRL in the Galactic halo. Using the newly detected RRL stars, we obtain a distance modulus to Cen I of $\mu_0 = 20.354 \pm 0.002$ mag ($\sigma=0.03$ mag), a heliocentric distance of D$_\odot = 117.7 \pm 0.1$ kpc ($\sigma=1.6$ kpc), with systematic errors of $0.07$ mag and $4$ kpc. The location of the Cen I RRL stars in the Bailey diagram is in agreement with other UFD galaxies (mainly Oosterhoff II). Finally, we study the relative rate of RRc+RRd (RRcd) stars ($f_{cd}$) in UFD and classical dwarf galaxies. The full sample of MW dwarf galaxies gives a mean of $f_{cd} = 0.28$. While several UFD galaxies, such as Cen I, present higher RRcd ratios, if we combine the RRL populations of all UFD galaxies, the RRcd ratio is similar to the one obtained for the classical dwarfs ($f_{cd}$ $\sim$ 0.3). Therefore, there is no evidence for a different fraction of RRcd stars in UFD and classical dwarf galaxies.

연구 동기 및 목표

• 최근 발견된 초가벼운 퇴색은 퇴색은 훌륭한 금속성과 일치하는 것으로 확인되었다.
• RR 리라형 항성들을 표준 캔들로 사용하여 설탕자리 I의 거리를 측정하는 것.
• 초가벼운 퇴색은 퇴색은 훌륭한 금속성과 일치하는 것으로 확인되었다.
• UFD가 은하 황도의 RR 리라형 항성 인구에 기여하는 정도를 평가하는 것.

제안 방법

• 설탕자리 I의 천체 영역에서 변광성을 탐지하기 위해 블랑코 4m 망원경에 장착된 DECam을 사용한 다중 에포크 giz-대역 이미징을 수행하였다.
• 시간 시리즈 광도 측정과 광도 곡선 분석을 통해 변광성 항성(특히 RR 리라형 및 δ 스쿠티/SX 페뉴시스 유형)을 식별하고 분류하였다.
• 성분 항성의 소속 여부를 구분하기 위해 공간적 군집과 운동도 분석을 수행하였다.
• RR 리라형 항성의 주기-광도 관계를 사용하여 거리 모듈러스를 유도하였으며, 광도 측정, 적색도, [Fe/H], [α/Fe] 오차를 고려하여 체계적 오차를 보정하였다.
• UFD와 고전적 퇰러스 퇴색은 훌륭한 금속성과 일치하는 것으로 확인되었다.
• Bailey 다이어그램을 사용하여 탐지된 RR 리라형 항성의 분류를 수행하고, 다른 UFD들과의 주기-광도-색깔 관계를 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 설탕자리 I에서 탐지된 RR 리라형 항성들은 실제로 이 은하의 성분인지, 아니면 은하 황도의 전경 오염물질인지 여부?
• RQ2 RR 리라형 항성 표준 캔들 기반으로 설탕자리 I의 정확한 거리는 얼마인가?
• RQ3 초가벼운 퇰러스 퇴색은 훌륭한 금속성과 일치하는 것으로 확인되었다.
• RQ4 설탕자리 I의 RR 리라형 항성의 진동 특성은 다른 초가벼운 퇴색은 훌륭한 금속성과 일치하는 것으로 확인되었다.
• RQ5 초가벼운 퇴색은 훌륭한 금속성과 일치하는 것으로 확인되었다.

주요 결과

• 설탕자리 I에서 세 개의 RR 리라형 항성—두 개의 RRc와 한 개의 RRab—이 탐지되었으며, 두 개의 RRc 항성은 반조절 반경의 2배 이내에 위치하고, RRab 항성(CenI-V3)은 약 6배의 rh 거리에 위치해 있다.
• 이 세 개의 RR 리라형 항성들의 공간적 군집은 은하 황도의 균일한 분포를 초과하는 4.7σ의 초과를 나타내며, 설탕자리 I에의 소속을 강력히 지지한다.
• 설탕자리 I의 거리 모듈러스는 μ₀ = 20.354 ± 0.002 mag(σ = 0.03 mag)로 측정되었으며, 태양계 중심 거리는 D⊙ = 117.7 ± 0.1 kpc(σ = 1.6 kpc)이며, 체계적 오차는 0.07 mag와 4 kpc이다.
• 설탕자리 I의 RRcd 비율(fcd)은 다른 UFD들과 일치하며, 통합된 UFD 샘플은 fcd ∼ 0.3으로, 고전적 퇴색은 훌륭한 금속성과 일치하는 것으로 확인되었다.
• 설탕자리 I의 RR 리라형 항성들이 Bailey 다이어그램에서 다른 UFD들과 일치하며, 특히 Oosterhoff 유형 II에 가까운 위치를 차지하여 진동 특성의 일관성을 보여준다.
• 결과적으로 설탕자리 I는 [Fe/H] = −1.8 dex의 금속성과 12.85 Gyr 이상의 연령을 가진 별 인구를 지닌 진정한 초가벼운 퇴색은 훌륭한 금속성과 일치하는 것으로 확인되었다.