[논문 리뷰] Yellow Post-Asymptotic-Giant-Branch Stars as Standard Candles. I. Calibration of the Luminosity Function in Galactic Globular Clusters

Robin Ciardullo, Howard E. Bond외 2명|arXiv (Cornell University)|2022. 04. 12.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 64인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 은하단의 구형별집단 데이터를 활용하여 노란색 후-거성기 브런치(여기서는 yPAGB) 항성들을 외성간 표준 캔들로 캘리브레이션한다. 이 항성들은 매우 날카로운 광도 함수를 보이며, 평균 절대 V-대역 등급 ⟨MV⟩ = −3.37 ± 0.03이고 분산은 단지 0.10 등급이어서 거리 측정에 있어서 Cepheid 항성보다 더 정밀하다. 이 방법은 그들의 밝고 안정된 V-대역 등급과 뚜렷한 색상((B−V)₀의 범위 0.0 ≤ ≤ 0.5)을 활용하여 오염 최소화로 효율적인 탐지가 가능하며, 이는 Cepheid 및 TRGB 거리 척도에 대한 유망한 교차 검증 수단이 되어 약 10 Mpc 이내까지 적용 가능하다.

ABSTRACT

We use results of a survey for low-surface-gravity stars in Galactic (and LMC) globular clusters to show that "yellow" post-asymptotic-giant-branch (yPAGB) stars are likely to be excellent extragalactic standard candles, capable of producing distances to early-type galaxies that are accurate to a few percent. We show that the mean bolometric magnitude of the 10 known yPAGB stars in globular clusters is <Mbol> = -3.38 +/- 0.03, a value that is ~0.2 mag brighter than that predicted from the latest post-horizontal-branch evolutionary tracks. More importantly, we show that the observed dispersion in the distribution is only 0.10 mag, i.e., smaller than the scatter for individual Cepheids. We describe the physics that can produce such a small dispersion, and show that, if one restricts surveys to the color range 0 < (B-V)0 < 0.5, then samples of non-variable yPAGB stars can be identified quite easily with a minimum of contamination. The bright absolute V magnitudes of these stars (<Mv> = -3.37) make them, by far, the visually brightest objects in old stellar populations and ideal Population II standard candles for measurements out to ~10 Mpc with current instrumentation. A Hubble Space Telescope survey in the halos of galaxies in the M81 and Sculptor groups could therefore serve as an effective cross-check on both the Cepheid and TRGB distance scales.

연구 동기 및 목표

• 최소한의 광도 산란을 갖는 신뢰할 수 있는 외성간 표준 캔들로 yPAGB 항성들을 캘리브레이션하는 것.
• 특히 Cepheid 기반과 TRGB 기반의 H₀ 측정 간의 불일치, 즉 허블 긴장 문제를 해결하는 것.
• Type Ia 초신성의 광도를 캘리브레이션하기 위한 보다 높은 정밀도의 거리 지표를 제공하는 것.
• yPAGB 항성들이 광도-색상 선택 기반으로 외성간 탐사에서 효율적으로 식별될 수 있음을 보여주는 것.

제안 방법

• 은하계의 구형별집단 내 저표면중력 항성들의 V-대역 등급과 (B−V)₀ 색상을 사용하여 yPAGB 후보를 식별하였다.
• Moehler 등(2019)의 이론적 후-수평선 이후 진화 궤적을 활용하여 관측된 색도-등급도를 해석하였다.
• 기타 10개의 알려진 yPAGB 항성들의 평균 볼로메트릭 등급 ⟨Mbol⟩ = −3.38 ± 0.03과 절대 V-대역 등급 ⟨MV⟩ = −3.37을 캘리브레이션하였다.
• 비변동성 yPAGB 항성들을 최소한의 오염으로 분리하기 위해 색상 창구(0.0 ≤ (B−V)₀ ≤ 0.5)를 정의하였다.
• M81 및 슈르피우르 군의 허블 우주망원경 WFC3/UVIS F336W 필터를 사용하여 yPAGB 항성들을 탐지할 것을 제안하였다.
• Cepheid 및 TRGB 방법과 비교하여 yPAGB 탐사의 효율성을 평가하였으며, 낮은 혼잡도와 높은 밝기의 특성을 강조하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 yPAGB 항성들은 낮은 내재 광도 산란을 갖는 정밀한 표준 캔들로 기능할 수 있는가?
• RQ2 은하계의 구형별집단 내 yPAGB 항성들의 V-대역 등급에서 관측된 산란은 얼마인가?
• RQ3 광도-색상 선택 기반으로 yPAGB 항성들을 외성간 탐사에서 신뢰성 있게 식별할 수 있는가?
• RQ4 yPAGB 항성의 광도는 금속성과 별집단 성질에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ5 yPAGB 항성들은 Cepheid 및 TRGB 거리 척도에 대한 독립적인 교차 검증을 제공할 수 있는가?

주요 결과

• 구형별집단 내 yPAGB 항성들의 평균 절대 V-대역 등급은 ⟨MV⟩ = −3.37 ± 0.03이며, 이는 오래된 별집단 내에서 가장 밝은 시각적 천체이다.
• V-대역 등급의 관측 산란은 단지 0.10 등급이며, 이는 Cepheid 주기-광도 관계의 산란보다 크게 낮다.
• 평균 볼로메트릭 등급 ⟨Mbol⟩ = −3.38 ± 0.03은 현재의 후-수평선 진화 모델이 예측한 것보다 약 0.2 등급 더 밝다.
• 색상 범위 0.0 ≤ (B−V)₀ ≤ 0.5를 사용하면 다른 항성 유형에 대한 오염을 최소화하면서 yPAGB 항성을 효율적으로 선별할 수 있다.
• 허블 우주망원경의 WFC3 F336W 필터를 사용하면 M81 및 슈르피우르 군의 허브성 영역에서 최소 4개의 궤도 내에 yPAGB 항성들을 탐지할 수 있다.
• yPAGB 항성들은 약 10 Mpc 이내까지 Type Ia 초신성의 캘리브레이션에 매우 유망하며, 가이아 정밀 측정값과 초신성 Ia 광도 사이의 직접 연결을 제공한다.