[논문 리뷰] Precise distances from OGLE-IV member RR Lyrae stars in six bulge globular clusters

R. A. P. Oliveira, S. Ortolani외 7명|arXiv (Cornell University)|2021. 10. 26.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 91인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 OGLE-IV의 I- 및 V-대역 평균 등급, Gaia EDR3의 운동량, 그리고 업데이트된 BaSTI α-강화된 진화 모델을 활용하여 은하 중심 부근의 6개 은하 중심 구형개구리에 대해 정밀한 거리(5–13.1 kpc)를 유도하였다. 이 방법은 5–8%의 불확도를 달성하여 문헌 자료와 일치하며, 가장 가까운 별 집단에 대해 Gaia EDR3의 삼각측량 기반 거리보다 우수한 결과를 도출하였으며, 고적색변화 환경에서 신뢰할 수 있는 모델 기반 거리 측정 방법의 타당성을 입증하였다.

ABSTRACT

Context. RR Lyrae stars are useful standard candles allowing one to derive accurate distances for old star clusters. Based on the recent catalogues from OGLE-IV and Gaia Early Data Release 3 (EDR3), the distances can be improved for a few bulge globular clusters. Aims. The aim of this work is to derive an accurate distance for the following six moderately metal-poor, relatively high-reddening bulge globular clusters: NGC 6266, NGC 6441, NGC 6626, NGC 6638, NGC 6642, and NGC 6717. Methods. We combined newly available OGLE-IV catalogues of variable stars containing mean I magnitudes, with Clement's previous catalogues containing mean V magnitudes, and with precise proper motions from Gaia EDR3. Astrometric membership probabilities were computed for each RR Lyrae, in order to select those compatible with the cluster proper motions. Applying luminosity-metallicity relations derived from BaSTI $\alpha$-enhanced models (He-enhanced for NGC 6441 and canonical He for the other clusters), we updated the distances with relatively low uncertainties. Results. Distances were derived with the I and V bands, with a $5-8\%$ precision. We obtained 6.6 kpc, 13.1 kpc, 5.6 kpc, 9.6 kpc, 8.2 kpc, and 7.3 kpc for NGC 6266, NGC 6441, NGC 6626, NGC 6638, NGC 6642, and NGC 6717, respectively. The results are in excellent agreement with the literature for all sample clusters, considering the uncertainties. Conclusions. The present method of distance derivation, based on recent data of member RR Lyrae stars, updated BaSTI models, and robust statistical methods, proved to be consistent. A larger sample of clusters will be investigated in a future work.

연구 동기 및 목표

• 기하학적 등급 피팅이 적색변화와 혼잡함으로 인해 어려운 중간 금속성, 고적색변화 부근 구형개구리의 거리 측정을 향상시키기 위해
• 최근 공개된 OGLE-IV 변광별 목록과 Gaia EDR3 운동량을 활용하여 천체 운동학과 일치하는 높은 천체학적 소속 확률을 가진 집단 구성원으로 간주되는 RR Lyrae 별을 식별하기 위해
• 업데이트된 BaSTI α-강화된 진화 모델에 기반한 광도-금속성 관계를 적용하여 거리 추정을 수행하며, NGC 6441의 헬륨 농도 증가를 고려한 모델을 사용하기 위해
• Gaia EDR3 삼각측량 기반 거리와 문헌 평균 간의 불일치를 해결하기 위해
• 향후 개구리 샘플에 적용 가능한 밀도가 높고 고적색변화 환경에서 신뢰성 있고 낮은 불확도를 가진 거리 측정 방법을 확립하기 위해

제안 방법

• 대상 개구리의 RR Lyrae 별에 대해 OGLE-IV 변광별 목록의 평균 I 등급과 Clement 등(2001)의 평균 V 등급을 조합하였다.
• Gaia EDR3 운동량을 사용하여 천체학적 소속 확률를 계산하고, 집단 운동학과 일치하는 별들만 선택하였다.
• BaSTI α-강화된 진화 모델에서 유도된 광도-금속성 관계를 적용하였으며, NGC 6441에는 헬륨 농도 증가 모델을, 나머지 개구리에는 일반 헬륨 농도를 사용하였다.
• 적색변화, 금속성, 등급 오차 등 모든 단계의 불확도를 전파하여 신뢰할 수 있는 거리 모듈러스 추정을 확보하였다.
• 표본 별의 평균 값을 사용하여 사전 적색변화 값(E(B−V))를 업데이트하여 관측된 등급과의 일관성을 향상시켰다.
• 문헌 평균과 Gaia EDR3 삼각측량 기반 거리와의 비교를 통해 Gaia 데이터의 잠재적 제로 포인트 오프셋을 확인하고 결과를 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하 중심 부근의 중간 금속성, 고적색변화를 보이는 6개의 개구리 NGC 6266, NGC 6441, NGC 6626, NGC 6638, NGC 6642, NGC 6717에 대한 정밀한 태양계 중심 거리는 무엇인가?
• RQ2 OGLE-IV 및 Gaia EDR3 자료를 활용한 RR Lyrae 별 기반 거리 추정치가 Gaia EDR3 삼각측량 기반 거리와 문헌 평균과 비교하여 어떻게 다른가?
• RQ3 업데이트된 BaSTI α-강화된 모델을 사용할 경우 고적색변화 환경에서 거리 정밀도가 얼마나 향상되는가?
• RQ4 Gaia EDR3 삼각측량 기반 거리가 가장 가까운 개구리에서 광학적 거리와 10–20%의 불일치를 보이는 이유는 무엇이며, 이는 제로 포인트 오프셋 또는 체계적 오차 때문인가?
• RQ5 실제로 집단 구성원으로 확인된 RR Lyrae 별과 함께 업데이트된 모델 및 운동량 소속도를 활용한 신뢰할 수 있는 모델 기반 방법은, 차등적색변화와 혼잡함으로 인해 등급 피팅이 실패하는 영역에서 신뢰할 수 있는 거리 측정을 가능하게 하는가?

주요 결과

• 유도된 거리는 각각 NGC 6266: 6.6 kpc, NGC 6441: 13.1 kpc, NGC 6626: 5.6 kpc, NGC 6638: 9.6 kpc, NGC 6642: 8.2 kpc, NGC 6717: 7.3 kpc이며, 불확도는 5–8%이다.
• 업데이트된 BaSTI 모델과 Gaia EDR3 운동량을 활용한 I-대역 RR Lyrae 별 평균 등급 기반의 방법은 문헌 자료와 일치하는 결과를 도출하여 그 신뢰성을 입증하였다.
• NGC 6717의 경우 단일 RR Lyrae 별의 I-대역 평균 등급 14.88이 기존 연구와 평균값(Baumgardt & Vasiliev, 2021)과 일치하는 신뢰할 수 있는 거리 추정치를 제공하였다.
• 이 방법은 NGC 6266, NGC 6626, NGC 6717에 대해 Gaia EDR3 삼각측량 기반 거리와 10–20%의 불일치를 보였으며, 이는 Gaia EDR3의 제로 포인트 오프셋 또는 삼각측량 제로 포인트 보정의 불확도 때문일 가능성이 높다.
• 이 연구는 고적색변화 및 혼잡한 영역에서 등급 피팅이 실패하는 상황에서 실제 집단 구성원으로 확인된 RR Lyrae 별과 업데이트된 모델, 운동량 소속도를 활용한 방법이 등급 피팅의 효과적인 대안이 될 수 있음을 확인하였다.
• 결과는 이 방법이 기하학적 방법과 보완적으로 사용될 수 있는 고정밀도 도구로서 은하 중심 부근의 거리 측정에 적합하다는 것을 지지한다.