[논문 리뷰] The Open Cluster Distance Scale: A New Empirical Approach

S. M. Percival, M. Salaris외 1명|arXiv (Cornell University)|2003. 01. 13.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 37인용 수 25

한 줄 요약

이 연구는 정확한 히파르코스 연성값을 가진 54개의 G 및 K형 항성에 대한 고정밀도 $BV(RI)_C$ 광도 측정 자료를 이용해 모델에 의존하지 않는 주계열(_MS_) 피팅 방법을 제시하여 산개성단의 거리를 재교정한다. 이는 오랫동안 지속된 히파르코스 연성값과 주계열 피팅 거리 간의 불일치를 해결하며, 펠레아데스와 NGC 2516에서 광도 측정으로 구한 철량이 분광 측정값보다 낮은 점이 히파르코스 거리와의 일치를 이끌어내어, 이전의 불일치의 근본 원인으로 인위적 철량 척도의 불일치를 규명한다.

ABSTRACT

We present new BVRI photometry for a sample of 54 local G and K stars with accurate Hipparcos parallaxes in the metallicity range -0.4 < [Fe/H] < +0.3. We use this sample to develop a completely model-independent main sequence (MS) fitting method which we apply to 4 open clusters - the Hyades, Praesepe, the Pleiades and NGC 2516 - which all have direct Hipparcos parallax distance determinations. Comparison of our MS-fitting results with distances derived from Hipparcos parallaxes enables us to explore whether the discrepancy between the Hipparcos distance scale and other MS-fitting methods found for some clusters is a consequence of model assumptions. We find good agreement between our results and the Hipparcos ones for the Hyades and Praesepe. For the Pleiades and NGC 2516, when adopting the solar abundance determined from spectroscopy, we find significant disagreement at a level similar to that found by other MS-fitting studies. However, the colour-colour relationship for both these clusters suggests that their metallicity is significantly subsolar. Since the MS-fitting method relies on matching the cluster colours to a template MS, we argue that, when applying this method, the appropriate metallicity to adopt is the photometric subsolar one, not the solar abundance indicated by spectroscopy. Adopting photometric metallicities for all 4 clusters, we find complete agreement with the Hipparcos results and hence we conclude that the mismatch between the spectroscopic and photometric abundances for the Pleiades and NGC 2516 is responsible for the discrepancies in distance estimates found by previous studies. The origin of this mismatch in abundance scales remains an unsolved problem and some possible causes are discussed.

연구 동기 및 목표

• 정확한 히파르코스 연성값을 가진 국지적 필드 항성들을 이용해 모델에 의존하지 않는 산개성단 거리 피팅 방법을 개발한다.
• 청년 산개성단에서 히파르코스 연성값 거리와 주계열 피팅 거리 간의 지속적인 불일치의 근본 원인을 조사한다.
• 펠레아데스와 NGC 2516와 같은 성단에서 분광 철량과 광도 철량 간의 불일치가 거리 불일치의 원인인지 테스트한다.
• 주계열 피팅에 사용되는 색색 지표에 영향을 줄 수 있는 크로모스피어 활동 또는 회전 효과가 이론적으로 비정상적인 성단 색색 지표를 설명할 수 있는지 조사한다.
• 분광 철량 대신 광도 철량을 사용함으로써 주계열 피팅 거리와 히파르코스 결과 간의 일관성을 확보한다.

제안 방법

• 정확한 히파르코스 연성값과 철량 범위 $-0.4 \text{에서 } +0.3$ 사이의 54개의 국지적 G 및 K형 항성에 대해 새로운 $BV(RI)_C$ 광도 측정 자료를 확보하였다.
• 이 국지 항성들을 기준으로 모델에 의존하지 않는 주계열 템플릿을 구축하기 위해 사용하였다.
• 관측된 CMD를 이용해 히파르코스, 프라세페, 펠레아데스, NGC 2516의 네 개의 산개성단에 주계열 피팅 방법을 적용하였다.
• 결과적으로 도출된 주계열 피팅 거리를 직접적인 히파르코스 연성값 거리와 비교하여 일관성을 평가하였다.
• 색색 관계를 통해 성단의 철량을 평가하여 광도 측정 [Fe/H] 값을 추정하고, 분광 측정치와 대비하였다.
• 분광 철량 대신 광도 철량을 사용하여 주계열 피팅 거리를 재계산함으로써 히파르코스 거리와의 일치 여부를 테스트하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 히파르코스 연성값 거리와는 일치하지만, 히파르코스 연성값 거리와 일치하지 않는 펠레아데스와 NGC 2516에서 주계열 피팅 거리가 발생하는가?
• RQ2 주계열 피팅 거리와 히파르코스 연성값 거리 간의 불일치는 주계열 피팅 방법에서 철량 가정이 잘못되었기 때문인가?
• RQ3 펠레아데스와 NGC 2516의 광도 색색 관계는 태양 이하의 철량을 나타내며, 분광 측정치와 불일치하는가?
• RQ4 청년 항성에서의 크로모스피어 활동이나 회전 효과가 주계열 피팅에 사용되는 성단 색색 지표에 체계적인 오차를 유도할 수 있는가?
• RQ5 분광 철량 대신 광도 철량을 사용할 경우, 산개성단에 대해 일관된 거리 척도를 확보할 수 있는가?

주요 결과

• 정확한 히파르코스 연성값을 가진 국지 필드 항성들을 사용한 주계열 피팅 방법은 분광 철량을 사용할 경우 히파르코스 연성값 거리와 히파르코스 연성값 거리 간에 매우 우수한 일치를 보인다. 히파르코스 연성값 거리와 히파르코스 연성값 거리 간에 매우 우수한 일치를 보인다.
• 펠레아데스와 NGC 2516에서는 분광 [Fe/H]를 사용할 경우 거리 모듈러스에서 약 0.3 mag의 상당한 불일치가 발견되었으며, 이는 이전 연구들과 일치한다.
• 펠레아데스와 NGC 2516의 색색 관계는 광도 측정 [Fe/H]가 태양 이하로 상당히 낮음을 시사하며, 태양 이하의 철량을 의미한다.
• 분광 철량 대신 광도 철량(예: 펠레아데스의 경우 [Fe/H] ≈ -0.15)을 사용할 경우 주계열 피팅 거리와 히파르코스 거리 간에 완전한 일치가 이루어진다.
• 이 연구는 분광 철량과 광도 철량 간의 불일치—특히 청년 성단에서 관측되는 것—가 거리 불일치의 주요 원인임을 결론 내린다.
• 분광 철량과 광도 철량 간의 불일치 원인은 아직 밝혀지지 않았으며, 크로모스피어 활동, 회전, 또는 철량 척도의 체계적 오차가 기여할 수 있다.