[论文解读] A comprehensive study of Cepheid variables in the Andromeda galaxy. Period distribution, blending and distance determination

F. Vilardell, C. Jordi+1 more|ArXiv.org|Jul 19, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 31被引用 22

一句话总结

本研究基于伊斯雷尔·牛顿望远镜五年高时间分辨率的$B$和$V$测光数据，对三角座星系（M31）中的416颗造父变星进行了全面分析。通过识别脉动模式并应用一种新颖的混合光校正方法，研究者利用高振幅造父变星（$A_V > 0.8$ mag）得出距离模数为$(m-M)_0 = 24.32 \pm 0.12$ mag，表明混合光对距离估计的影响与金属丰度修正具有同等重要性。

ABSTRACT

Extragalactic Cepheids are the basic rungs of the cosmic distance scale. They are excellent standard candles, although their luminosities and corresponding distance estimates can be affected by the particular properties of the host galaxy. Therefore, the accurate analysis of the Cepheid population in other galaxies, and notably in the Andromeda Galaxy (M31), is crucial to obtaining reliable distance determinations. We obtained accurate photometry (in B and V passbands) of 416 Cepheids in M31 over a five year campaign within a survey aimed at the detection of eclipsing binaries. The resulting Cepheid sample is the most complete in M31 and has almost the same period distribution as the David Dunlap Observatory sample in the Milky Way. The large number of epochs (~250 per filter) has permitted the characterisation of the pulsation modes of 356 Cepheids, with 281 of them pulsating in the fundamental mode and 75 in the first overtone. The period-luminosity relationship of the fundamental mode Cepheids has been studied and a new approach has been used to estimate the effect of blending. We find that the blending contribution is as important as the metallicity correction when computing Cepheid distance determinations to M31 (~0.1 mag). Since large amplitude Cepheids are less affected by blending, we have used those with an amplitude A_V>0.8 mag to derive a distance to M31 of (m-M)_0=24.32+/-0.12 mag.

研究动机与目标

• 为提高距离测定精度，获取M31中造父变星的完整且准确的样本。
• 表征本星系群中，特别是本星系群内星系际造父变星的周期分布与脉动模式。
• 量化混合光——即未分辨的伴星光线——对造父变星光度与距离估计的影响。
• 开发并应用一种估算星系际造父变星测光中混合光效应的新方法。
• 通过最小化混合光与金属丰度引起的系统性偏差，得出M31的稳健距离模数。

提出的方法

• 利用伊斯雷尔·牛顿望远镜开展为期五年的测光调查，对M31东北象限内造父变星候选体的每个滤镜（$B$和$V$）收集约250个测光时刻。
• 通过高精度相对测光法，为416颗造父变星生成高保真度光变曲线。
• 基于光变曲线形态与周期分析，识别脉动模式（基 mode 与第一谐频）。
• 通过分析不同滤镜中测光偏移的振幅依赖性，开发一种估算混合光效应的新方法。
• 对基模式造父变星应用周期-光度（P-L）关系，采用振幅截断（$A_V > 0.8$ mag）以最小化混合光偏差。
• 使用Udalski等人（1999年）的关系校准P-L关系，并应用金属丰度修正，同时分离出混合光的贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 M31中造父变星的周期分布如何？与银河系中的分布相比有何异同？
• RQ2 混合光对星系际造父变星视星等的影响有多大？它如何影响距离模数的估计？
• RQ3 在造父变星距离测定中，基于振幅的选择（$A_V > 0.8$ mag）是否比基于周期的选择更能有效降低混合光偏差？
• RQ4 混合光对M31距离模数总不确定性的贡献有多大？与金属丰度修正相比如何？
• RQ5 基于完整、高精度的造父变星样本并校正混合光效应后，M31的最准确距离模数是多少？

主要发现

• M31中造父变星的周期分布与银河系几乎完全相同，共识别出281颗基模式与75颗第一谐频脉动变星。
• 混合光对M31距离模数不确定性的贡献约为0.1 mag，其重要性与金属丰度修正相当。
• 利用高振幅造父变星（$A_V > 0.8$ mag）得出M31的距离模数为$(m-M)_0 = 24.32 \pm 0.12$ mag，这些变星受混合光影响较小。
• 最终距离模数比所有基模式造父变星的加权平均值大0.09 mag，表明全样本中混合光导致了负向偏差。
• 混合光可能源于与造父变星处于同一星协或星团中的未分辨恒星，而非随机背景源。
• 本研究证实，在星系际距离尺度工作中，基于振幅的选择比基于周期的选择更有效地降低混合光偏差。