[论文解读] High resolution spectroscopy for Cepheids distance determination. V. Impact of the cross-correlation method on the p-factor and the gamma-velocities

N. Nardetto, W. Gieren+6 more|arXiv (Cornell University)|May 28, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 37

一句话总结

本文利用高分辨率光谱中的互相关（CC）方法，推导出一种新的造父变星距离测定用周期-投影因子（Pp）关系，发现与校准的质心速度相比，CC方法得到的γ-速度存在1.0 ± 0.2 km s⁻¹的系统性蓝移偏差。新的Pp关系为 p = [-0.08 ± 0.05]log P + [1.31 ± 0.06]，对改进距离标度校准至关重要，尤其在利用红外表面亮度法测定大麦哲伦云（LMC）造父变星距离时具有重要意义。

ABSTRACT

The cross correlation method (hereafter CC) is widely used to derive the radial velocity curve of Cepheids when the signal to noise of the spectra is low. However, if it is used with the wrong projection factor, it might introduce some biases in the Baade-Wesselink (hereafter BW) methods of determining the distance of Cepheids. In addition, it might affect the average value of the radial velocity curve (or gamma-velocity) important for Galactic structure studies. We aim to derive a period-projection factor relation (hereafter Pp) appropriate to be used together with the CC method. Moreover, we investigate whether the CC method can explain the misunderstood previous calculation of the K-term of Cepheids. We observed eight galactic Cepheids with the HARPS spectrograph. For each star, we derive an interpolated CC radial velocity curve using the HARPS pipeline. The amplitudes of these curves are used to determine the correction to be applied to the semi-theoretical projection factor derived in Nardetto et al. (2007). Their average value (or gamma-velocity) are also compared to the center-of-mass velocities derived in Nardetto et al. (2008). The correction in amplitudes allows us to derive a new Pp relation: p = [-0.08+-0.05] log P +[1.31+-0.06]. We also find a negligible wavelength dependence (over the optical range) of the Pp relation. We finally show that the gamma-velocity derived from the CC method is systematically blue-shifted by about 1.0 +- 0.2km/s compared to the center-of-mass velocity of the star. An additional blue-shift of 1.0km/s is thus needed to totally explain the previous calculation of the K-term of Cepheids (around 2km/s). The new Pp relation we derived is a solid tool for the distance scale calibration (abridged).

研究动机与目标

• 推导适用于造父变星径向速度测量中互相关（CC）方法的周期-投影因子（Pp）关系。
• 评估CC方法是否在造父变星的γ-速度（平均径向速度）中引入系统性偏差，从而影响银河系结构研究。
• 探究先前报道的造父变星径向速度测量中“K项”偏移（约2 km s⁻¹）的成因，特别是其是否源于CC方法。
• 校准CC方法对巴德-韦塞林距离测定的影响，尤其在红外表面亮度技术背景下的影响。
• 为阿拉乌卡里亚项目本地距离标度校准提供一个稳健且基于观测的Pp关系。

提出的方法

• 利用欧洲南方天文台（ESO）拉西拉天文台的HARPS光谱仪，对八颗银河系造父变星进行了高分辨率光谱观测。
• 通过HARPS数据处理流程，采用恒星模板掩模的互相关方法，推导出径向速度曲线。
• 将互相关得到的径向速度曲线振幅与论文II（Nardetto et al. 2007）中的第一矩径向速度进行比较，以校准投影因子。
• 将CC方法得到的γ-速度与论文III（Nardetto et al. 2008）的校准质心速度及银河系造父变星数据库（GCD）的文献值进行比较。
• 通过线性回归分析，量化CC方法得到的γ-速度与GCD及N08校准值之间的系统性偏差。
• 通过拟合振幅校正因子与脉动周期的关系，推导出新的Pp关系，并采用自举重采样法传播不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 互相关方法是否在巴德-韦塞林法中使用的径向速度曲线振幅中引入系统性偏差？
• RQ2 在使用互相关方法进行造父变星光谱观测时，正确的周期-投影因子（Pp）关系是什么？
• RQ3 互相关方法在多大程度上导致了先前观测到的造父变星径向速度中约2 km s⁻¹的“K项”偏移？
• RQ4 在使用互相关方法时，Pp关系是否存在波长依赖性？
• RQ5 由互相关方法得到的γ-速度与造父变星的真实质心速度相比如何？

主要发现

• 推导出新的Pp关系：p = [-0.08 ± 0.05]log P + [1.31 ± 0.06]，适用于使用互相关方法进行径向速度测量的情况。
• Pp关系在光学波段范围内无显著波长依赖性，尽管在当前不确定度范围内存在轻微依赖性。
• 与Nardetto et al.（2008）校准的质心速度相比，互相关方法得到的γ-速度系统性蓝移1.0 ± 0.2 km s⁻¹。
• 仅互相关方法即可解释先前报道的K项偏移（约2 km s⁻¹）的约50%，表明其余偏移由其他因素引起。
• CC方法得到的γ-速度与文献值（GCD）之间的系统性偏差与1.8 ± 0.2 km s⁻¹的差异一致，证实了K项的存在，但其全部成因并非源于CC方法。
• 结果表明，CC方法可能在径向速度振幅和平均速度中引入偏差，对类地行星振动态势研究和距离标度校准具有重要影响。