[논문 리뷰] The Optical Gravitational Lensing Experiment. Miras and Semiregular Variables in the Large Magellanic Cloud

I. Soszyński, A. Udalski외 7명|arXiv (Cornell University)|2005. 12. 22.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 오래전의 OGLE-II 및 OGLE-III 광학적 보정 데이터와 2MASS 적외선 데이터를 융합하여 대마젤란운성의 3,221개의 마이라 및 반정기변성 항성들을 식별한다. 연구 결과, 주기-광도 평면 내 C, C′, D 시퀀스가 산소이끼리 및 탄소이끼리의 화학 조성에 따라 두 개의 별개의 등고선으로 분리됨을 밝혀내며, 이는 신뢰할 수 있는 스펙트럼 유형 분류를 가능하게 하고, 단일 시점 데이터로부터 평균 Ks magnitude를 보정한 후 산소이끼리 및 탄소이끼리 항성들이 다른 Ks 대역 주기-광도 관계를 따름을 보여준다.

ABSTRACT

We use the OGLE-II and OGLE-III data in conjunction with the 2MASS near-infrared (NIR) photometry to identify and study Miras and Semiregular Variables (SRVs) in the Large Magellanic Cloud. We found in total 3221 variables of both types, populating two of the series of NIR period-luminosity (PL) sequences. The majority of these objects are double periodic pulsators, with periods belonging to both PL ridges. We indicate that in the period - Wesenheit index plane the oxygen-rich and carbon-rich AGB stars from the NIR PL sequences C, C' and D split into well separated ridges. Thus, we discover an effective method of distinguishing between O-rich and C-rich Miras, SRVs and stars with Long Secondary Periods using their V and I-band photometry. We present an empirical method of estimating the mean K_s magnitudes of the Long Period Variables using single-epoch K_s measurements and complete light curves in the I-band. We utilize these corrected magnitudes to show that the O-rich and C-rich Miras and SRVs follow somewhat different K_s-band PL relations.

연구 동기 및 목표

• 장기간의 광학 및 적외선 보정 데이터를 활용하여 대마젤란운성 내 마이라 및 반정기변성 항성(Miras 및 SRVs)을 식별하고 특성화하는 것.
• 특히 C, C′, D 시퀀스에 대한 적외선 영역에서의 복잡한 주기-광도(PL) 시퀀스의 구조를 조사하는 것.
• 단일 시점 Ks 측정값과 완전한 I 대역 광도 곡선을 이용하여 장주기 변수의 평균 Ks 대역 등급을 추정하는 방법을 개발하는 것.
• 산소이끼리 및 탄소이끼리 AGB 항성이 별개의 Ks 대역 주기-광도 관계를 따르는지 여부를 규명하는 것.
• 금속성 및 별 형성 역사를 반영하기 위해, 주기-광도 시퀀스 및 진화 단계에 따라 탄소-마그네슘 비율(C/M 비율)을 평가하는 것.

제안 방법

• 1997~2005년 동안 라스 칸파냐스 관측소의 1.3m 바르샤바 망원경을 사용하여 OGLE-II 및 OGLE-III 조사에서 확보한 장기간의 I 및 V 대역 보정 데이터를 활용하였다.
• 광학적 광도 곡선를 2MASS 적외선 보정 데이터와 교차 분석하여 변광성 항성들의 Ks 대역 magnitude를 확보하였다.
• 단일 시점 Ks 측정값과 완전한 I 대역 광도 곡선을 이용하여 변동성 보정을 거친 평균 Ks magnitude를 추정하는 방법을 적용하였다.
• V 및 I 대역을 사용하여 주기-웨젠하이트 지수(WI) 다이어그램을 구성하여, 주기-WI 평면 내 위치에 따라 산소이끼리 및 탄소이끼리 AGB 항성들을 분리하는 데 사용하였다.
• 평균 magnitude 보정 후 산소이끼리 및 탄소이끼리 마이라 및 SRV의 Ks 대역 주기-광도 관계를 분석하고 비교하였다.
• Petersen 다이어그램 및 제2의 주기 진동을 분석하여 다중주기 변수의 분류 및 진화 상태를 추론하는 데 사용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 대마젤란운성 내 주기-광도 시퀀스 C, C′, D는 산소이끼리 및 탄소이끼리 AGB 항성에 대응하는 이중성 구조를 보이는가?
• RQ2 단지 광학 V 및 I 대역 보정 데이터만으로 산소이끼리 및 탄소이끼리 마이라 및 SRV를 신뢰성 있게 구분할 수 있는가?
• RQ3 평균 magnitude 보정 후 산소이끼리 및 탄소이끼리 마이라 및 SRV가 Ks 대역에서 별개의 주기-광도 관계를 따르는가?
• RQ4 다른 PL 시퀀스에서 탄소이끼리 AGB 항성과 산소이끼리 AGB 항성의 상대 농도(C/M 비율)는 어떻게 되며, 진화 단계에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ5 -dust 은폐 또는 내재된 색상 차이가 적외선 영역의 관측된 주기-광도 관계에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 주기-웨젠하이트 지수(WI) 다이어그램은 C, C′, D 시퀀스가 산소이끼리 및 탄소이끼리 AGB 항성들을 명확히 분리하는 두 개의 별개의 등고선으로 나뉘어 있음을 보여준다.
• C 시퀀스의 C/M 비율은 전체적으로 1.21이며, TRGB 이상에서는 1.64로 가장 높고, C′ 시퀀스는 전체적으로 0.76, TRGB 이상에서는 0.92로 중간이며, D 시퀀스는 TRGB 이상에서 0.20으로 가장 낮다. 이는 강한 진화 의존성을 시사한다.
• 단일 시점 데이터와 I 대역 광도 곡선를 이용한 평균 Ks magnitude 보정 후, C 시퀀스의 Ks 대역 주기-광도 관계에서 산점이 크게 감소함을 확인하였다.
• 산소이끼리 및 탄소이끼리 마이라 및 SRV는 별개의 Ks 대역 주기-광도 관계를 따르며, 같은 주기에서 탄소이끼리 항성은 평균적으로 Ks 대역에서 더 어두운 등급을 가진다.
• 주기-WI 평면 내 분할은 주로 산소이끼리 항성에서 TiO 흡수로 인한 V–I 색상 차이에 기인하며, 본질적인 PL 관계의 차이가 아니다.
• 결과적으로, 은폐되지 않은 탄소이끼리 및 산소이끼리 마이라가 동일한 Ks 대역 주기-광도 관계를 따르지만, 탄소이끼리 항성에서의 먼지 은폐로 인해 광학적 PL 평면에서 관측된 오프셋이 발생함을 지지한다.