[论文解读] EROS VARIABLE STARS : FUNDAMENTAL-MODE AND FIRST OVERTONE CEPHEIDS IN THE BAR OF THE LARGE MAGELLANIC CLOUD

Jean‐Philippe Beaulieu, P. Grison+28 more|arXiv (Cornell University)|May 14, 1995

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 4

一句话总结

本研究基于 EROS 项目在 490 nm 波段对大麦哲伦云星流中 97 颗造父变星进行了高精度 CCD 光曲线观测，根据光曲线形态及周期-光度-颜色关系，识别出 30% 为第一谐频脉动变星（s-造父变星）。作者证实，当校正脉动模式后，这些恒星与基模式造父变星遵循相同的周期-光度-颜色关系，且发现了一颗周期比为 0.710 ± 0.001 的双模造父变星，同时发现第一谐频脉动的理论模型与观测结果存在差异。

ABSTRACT

We present CCD phase-binned light curves at 490 nm for 97 Cepheid variable stars in the bar of the LMC. The photometry was obtained as part of the French EROS project and has excellent phase coverage, permitting accurate decomposition into Fourier components. We identify as `sinusoidal' or s-Cepheids those stars with periods less than 5.5 d and small second-harmonic components. These stars comprise $\sim$30% of our sample and most form a sequence $\sim$1 mag brighter than the LMC classical Cepheids in the period-luminosity diagram. They are also generally bluer and have lower-amplitude light curves. We infer that the s-Cepheids are first-overtone pulsators because, when their periods are converted to expected fundamental-mode values, they obey a common period-luminosity-colour relation with classical Cepheids. This also confirms the reality of the colour term in the Cepheid period-luminosity-colour relation. Further, the blue edge of the classical Cepheid instability strip agrees well with the theoretical calculations for the fundamental mode made by Chiosi et al. (1993) for the Hertzsprung-Russell and period-luminosity diagrams, but we find that our observed s-Cepheids are $>0.2$ mag brighter and bluer than the Chiosi et al.\ predictions for the first-overtone. We identify a number of features in plots of our stars' Fourier-component amplitude ratios and phase differences. These features have been identified with resonances between different pulsation modes. In the LMC we find these features seem to occur at periods very similar to Galactic ones for classical Cepheids, but at different periods for s-Cepheids. We discover a double-mode Cepheid in the LMC, for which $P({ m first overtone})/P({ m fundamental}) = 0.710 \pm 0.001$, very similar to observed ratios for Galactic double-mode Cepheids.

研究动机与目标

• 利用高精度测光法识别并表征大麦哲伦云星流中基模式与第一谐频脉动造父变星。
• 通过分析傅里叶分解结果，确定短周期、低振幅光曲线恒星的脉动模式。
• 检验大麦哲伦云中不同脉动模式下周期-光度-颜色关系的一致性。
• 将观测到的脉动特征（如振幅比与相位差）与脉动模式间共振的理论预测进行比较。
• 评估观测到的造父变星性质与理论不稳定带边界的一致性，尤其针对第一谐频脉动变星。

提出的方法

• 作为 EROS 项目的一部分，获取了大麦哲伦云星流中 97 颗造父变星在 490 nm 波段的高时间分辨率、相位分箱 CCD 测光数据。
• 对光曲线进行傅里叶分解，提取振幅比与相位差，识别脉动行为中的共振特征。
• 基于周期 < 5.5 天且二次谐波成分较小，将恒星分类为“正弦型”（s-造父变星）。
• 利用周期-光度关系将 s-造父变星的观测周期转换为预期的基模式周期，以检验其与经典造父变星的一致性。
• 将观测到的周期-光度-颜色关系与 Chiosi 等人（1993）的理论模型进行比较。
• 分析傅里叶分量比与相位差的分布，以识别脉动模式间的潜在共振。

实验结果

研究问题

• RQ1 大麦哲伦云星流中短周期、低振幅的造父变星是否与第一谐频脉动一致？
• RQ2 当校正脉动模式后，大麦哲伦云中的 s-造父变星是否遵循与基模式造父变星相同的周期-光度-颜色关系？
• RQ3 观测到的不稳定带边界与基模式和第一谐频脉动的理论预测相比如何？
• RQ4 在大麦哲伦云造父变星的光曲线傅里叶分量中是否存在共振特征？其周期是否与银河系中的情况相似？
• RQ5 在大麦哲伦云中识别出的双模造父变星，其第一谐频与基模式的周期比是多少？

主要发现

• 在研究的 97 颗造父变星中，约 30% 因周期 < 5.5 天且二次谐波振幅低而被分类为 s-造父变星。
• s-造父变星在周期-光度图中平均比经典造父变星亮约 1 等且更蓝。
• 当转换为基模式周期后，s-造父变星遵循与经典造父变星相同的周期-光度-颜色关系，证实该关系中颜色项的真实性。
• 经典造父变星不稳定带的蓝边与 Chiosi 等人（1993）针对基模式脉动的理论模型吻合良好。
• 观测到的 s-造父变星比 Chiosi 等人（1993）针对第一谐频脉动的理论预测更亮且更蓝，差异超过 0.2 等。
• 发现一颗双模造父变星，其周期比 P(第一谐频)/P(基模式) = 0.710 ± 0.001，与银河系中双模造父变星的周期比一致。