[논문 리뷰] The Cluster AgeS Experiment (CASE). Variable stars in the field of the globular cluster M22

M. Różyczka, I. B. Thompson외 4명|arXiv (Cornell University)|2017. 09. 27.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 1인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 2000–2008년 동안 스와프 허브 허브 텔레스코프를 사용해 86개의 관측 야간 동안 획득한 $BV$ 광도 측정 자료를 바탕으로 구형성 M22 내의 변광성에 대한 종합적인 조사 결과를 제시한다. 이 중 359개의 주기적, 가능성이 있는 주기적 또는 장기적 변광성이 확인되었으며, 이 중 238개는 새로운 발견이다. 주요 기여는 102개의 은하계 소속 또는 가능성이 있는 소속으로 확인된 별들이다. 이들 중에는 다중 모드 SX Phe 별(V112), 파랑 수평가지에서 $eta$ Lyr형 이중성(V125), W UMa 유사 광도 곡선을 가진 파랑/노랑색 스트래글러(V129), 거의 정현파 광도 곡선을 가진 극단적 수평가지 별(V134) 등 희귀한 천체들이 포함되어 있으며, 모두 정확한 운동량 측정을 통해 소속으로 확인되었다.

ABSTRACT

The field of the globular cluster M22 (NGC 6656) was monitored between 2000 and 2008 in a search for variable stars. $BV$ light curves were obtained for 359 periodic, likely periodic, and long-term variables, 238 of which are new detections. Thirty nine newly detected variables, and 63 previously known ones are members or likely members of the cluster, including 20 SX Phe, 10 RRab and 16 RRc-type pulsators, one BL Her-type pulsator, 21 contact binaries, and 9 detached or semi-detached eclipsing binaries. The most interesting among the identified objects are V112 - a bright multimode SX Phe pulsator, V125 - a $β$ Lyr-type binary on the blue horizontal branch, V129 - a blue/yellow straggler with a W UMa-like light curve, located halfway between the extreme horizontal branch and red giant branch, and V134 - an extreme horizontal branch object with $P=2.33$ d and a nearly sinusoidal light curve; all four of them are proper motion (PM) members of the cluster. Among nonmembers, a $P=2.83$ d detached eclipsing binary hosting a $δ$ Sct-type pulsator was found, and a peculiar $P=0.93$ d binary with ellipsoidal modulation and narrow minimum in the middle of one of the descending shoulders of the sinusoid. We also collected substantial new data for previously known variables; in particular we revise the statistics of the occurrence of the Blazhko effect in RR Lyr-type variables of M22.

연구 동기 및 목표

• 고체 적색화, 강한 필드 오염, 높은 밀도로 인해 도전적인 대상인 구형성 M22의 분야 내 변광성의 목록을 확장하기 위해.
• 스와프 허브 허브 텔레스코프에서 확보한 깊고 장기적인 $BV$ 광도 측정 자료를 이용해 주기적, 가능성이 있는 주기적, 장기적 변광성을 식별하고 분류하기 위해.
• 색-등급도 다이어그램 상의 위치와 함께 정밀한 운동량 데이터를 활용해 새로 발견된 변광성의 은하계 소속 여부를 결정하기 위해.
• 특히 진동 행동과 변동 패tern에 중점을 두어 이전에 알려진 변광성의 새로운 광도 곡선과 주기 결정을 제공하기 위해.
• 미래의 후속 관측을 위해, 예를 들어 주저항성, 극단적 수평가지 별, 이상한 진화 위치에 있는 접촉 이중성 등 희귀하거나 이례적인 변광성을 조사하기 위해.

제안 방법

• 2000년에서 2008년 사이에 라스 캄파냐스 관측소의 스와프 1.0m 텔레스코프를 이용해 $BV$ 광도 측정을 수행하였다.
• DIAPL 패키지를 활용한 이미지 감산 광도 측정을 통해 고정밀 광도 곡선를 확보하였으며, PSF 변동성 영향을 최소화하였다.
• 표준 항성으로 광도를 보정하고 기존 자료와 비교하여 일관성과 정확성을 확보하였다.
• 주기 분석 및 광도 곡선의 시각적 점검을 통해 변광성을 식별하였으며, 형태학적 특성과 색-등급도 다이어그램 상의 위치에 기반해 분류하였다.
• 핵심 반경, 반조절 반경 등의 은하계 구조적 매개변수와의 공간적 위치 및 운동량 측정을 통해 은하계 소속 여부를 결정하였다.
• 신규 및 이전에 알려진 변광성 모두에 대해 장기 광도 곡선를 수집하고 분석하였으며, 다중 모드 진동 및 블라즈코 효과에 대한 철저한 연구를 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 M22의 분야 내 전체 변광성 목록은 무엇이며, 그 중 몇 개가 새로운 발견인가?
• RQ2 신규로 발견된 변광성 중 은하계 M22의 소속 또는 가능성이 있는 별은 무엇이며, 그들의 진화적 및 진동적 특성은 무엇인가?
• RQ3 M22의 RRc형 별들 사이에서 블라즈코 효과의 발생 빈도는 얼마이며, 다른 구형성과 비교해 볼 때 어떻게 되는가?
• RQ4 접촉 이중성으로서 주저항성 이하의 위치에 있거나, W UMa 유사 광도 곡선을 가진 파랑 스트래글러를 포함한 이례적 또는 희귀한 변광성들이 M22에 존재하는가?
• RQ5 탈리된 일식 이중성에 의해 수용되는 $\delta$ Sct형 진동체의 광도 곡선는 조밀한 은하계 내 별의 진화와 이중성 상호작용에 대해 무엇을 드러내는가?

주요 결과

• 총 359개의 주기적, 가능성이 있는 주기적 또는 장기적 변광성이 감지되었으며, 이 중 238개는 새로운 발견이다.
• 신규로 발견된 별들 중 102개는 M22의 확정 또는 가능 소속으로 확인되었으며, 이 중 20개는 SX Phe, 10개는 RRab, 16개는 RRc, 1개는 BL Her, 21개는 접촉 이중성, 9개는 탈리된 또는 반결합된 일식 이중성이다.
• M22의 RRc 별들은 블라즈코 효과의 높은 발생률을 보이며, 표본의 50% 이상에서 이 현상이 관측되었으며, 이는 NGC 2808과 M53에 이어 세계에서 상위에 속하는 것으로 평가된다.
• 빛이 강한 다중 모드 SX Phe 별인 V112는 다중 모드 진동을 보이며, 정밀한 진동 모델링에 이상적인 대상이다.
• V125는 파랑 수평가지에 위치한 $eta$ Lyr형 이중성이며, V129는 극단적 수평가지에서 붉은 거대별 가지 사이의 중간 지점에 위치한 파랑/노랑색 스트래글러로 W UMa 유사 광도 곡선을 가진다.
• V134는 주기가 2.33일인 극단적 수평가지 별이며, 거의 정현파 광도 곡선을 보이며, 강한 비구형 모드가 없는 안정적인 진동을 나타낸다.