[논문 리뷰] Reprocessing the Hipparcos data for evolved stars III Revised Hipparcos period-luminosity relationship for galactic long-period variable stars

G. R. Knapp, D. Pourbaix외 2명|arXiv (Cornell University)|2003. 01. 29.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 45인용 수 111

한 줄 요약

이 연구는 은하계 장주기 변수에 대한 히파르코스 병진도와 K-대역 등급을 재분석하여 향상된 천체측위 적합 및 흡수 보정을 적용해 수정된 주기-광도(P-L) 관계를 도출한다. Mira 및 SRb 변수에 대해 서로 다른 기울기를 가진 별개의 P-L 관계를 발견하였으며, 이는 진동 모드에 의존하는 진동을 시사하며, 주기가 400일 이상인 별들은 높은 질량 손실를 겪고 주로 Mira 변수임을 보여주어 장주기에서 진동 모드 전환의 붕괴를 시사한다.

ABSTRACT

We analyze the K band luminosities of a sample of galactic long-period variables using parallaxes measured by the Hipparcos mission. The parallaxes are in most cases re-computed from the Hipparcos Intermediate Astrometric Data using improved astrometric fits and chromaticity corrections. The K band magnitudes are taken from the literature and from measurements by COBE, and are corrected for interstellar and circumstellar extinction. The sample contains stars of several spectral types: M, S and C, and of several variability classes: Mira, semiregular SRa, and SRb. We find that the distribution of stars in the period-luminosity plane is independent of circumstellar chemistry, but that the different variability types have different P-L distributions. Both the Mira variables and the SRb variables have reasonably well-defined period-luminosity relationships, but with very different slopes. The SRa variables are distributed between the two classes, suggesting that they are a mixture of Miras and SRb, rather than a separate class of stars. New period-luminosity relationships are derived based on our revised Hipparcos parallaxes. The Miras show a similar period-luminosity relationship to that found for Large Magellanic Cloud Miras by Feast et al. (1989). The maximum absolute K magnitude of the sample is about -8.2 for both Miras and semi-regular stars, only a little fainter than the expected AGB limit. We show that the stars with the longest periods (P>400d) have high mass loss rates and are almost all Mira variables.

연구 동기 및 목표

• 재처리된 중간 천체측위 데이터와 색수차 보정을 사용하여 퇜력 장주기 변수에 대한 히파르코스 병진도의 정확도를 향상시키기 위해.
• 다시 조정된 병진도와 문헌 및 COBE DIRBE 데이터로부터 보정된 K-대역 등급을 결합하여 은하계 장주기 변수에 대한 신뢰할 수 있는 주기-광도(P-L) 관계를 유도하기 위해.
• 환경별 화학성분(M, S, C형) 또는 변동 유형(Mira, SRa, SRb)이 P-L 관계에 영향을 미치는지 조사하고, 진동 모드 및 질량 손실의 역할을 평가하기 위해.
• 태양계 부근의 AGB 별의 최대 내재 광도를 결정하고, 거리 측정을 위한 P-L 관계의 실현 가능성을 평가하기 위해.
• 질량 손실률이 진동 주기와 변동 유형에 따라 어떻게 달라지는지, 특히 장주기 별들에 대해 조사하기 위해.

제안 방법

• 향상된 천체측위 적합 기술과 색수차 보정을 사용하여 중간 천체측위 데이터에서 재계산된 히파르코스 병진도.
• 문헌과 COBE DIRBE 시간 시리즈 데이터에서 K-대역 등급을 확보하고, 간성 및 환경별 흡수 보정을 적용.
• 스펙트럼 유형(M, S, C)과 변동 유형(Mira, SRa, SRb)으로 별들을 분류하여 각 그룹 내에서 P-L 관계를 분석.
• 형태 $ M_K = a \times \log P + b $ 를 사용하여 주기-광도 관계를 적합시키며, $ M_K $ 는 절대 K-대역 등급, $ P $ 는 일 단위로 한다.
• P-M_K 평면에서 별의 분포를 분석하여 질량 손실률이 주기와 변동 유형에 따라 어떻게 달라지는지 분석.
• 유도된 P-L 관계가 대운성운과 은하수 중심부의 결과와 일관한지 평가하고, 진동 모드 전환에 대한 함의를 논의.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하계 장주기 변수의 주기-광도 관계는 Mira와 SRb 변수 간에 유의미하게 다를까? 만약 그렇다면, 어떻게 다를까?
• RQ2 진화한 별에서 환경별 화학성분(M, S, C형)은 주기-광도 관계에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 기본 진동 모드와 고조파 진동 모드 간의 관계가 장주기 변수에서 관측된 P-L 기울기에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 질량 손실률은 진동 주기와 변동 유형에 따라 어떻게 관련되어 있으며, 특히 주기가 400일 이상인 별들에 대해 어떻게 되는가?
• RQ5 Mira와 SR 진동 모드 간의 모드 전환 행동이 관측된 P-L 관계에 얼마나 큰 영향을 미치는가?

주요 결과

• 은하계 Mira 변수의 P-L 관계는 대운성운 Mira 변수와 일치하며, 기울기 $ a \approx -3.5 $ 와 최대 절대 K-대역 등급 $ -8.2 \pm 0.2 $ 를 보인다.
• SRb 변수는 Mira 변수보다 유의미하게 얕은 P-L 기울기를 보이며, 이는 다른 진동 모드 또는 물리적 메커니즘을 시사한다.
• SRa 변수는 Mira 및 SRb 시퀀스 사이에 분포되어 있어, 둘의 혼합물일 뿐 아니라 별개의 유형이 아니라는 것을 시사한다.
• 주기가 400–500일 이상인 별들은 높은 질량 손실률을 보이며 거의 전적으로 Mira 변수임을 보여주어 장주기에서 모드 전환 행동의 붕괴를 시사한다.
• Mira 및 SRb 변수 모두에서 질량 손실률은 주기와 함께 점진적으로 증가하며, 같은 주기에서 Mira 변수의 질량 손실률이 유의미하게 높다.
• 관측된 최대 K-대역 절대 등급 $ -8.2 \pm 0.2 $ 는 약 5000–6000 $ L_\odot $ 의 복사광도에 해당하며, 이는 이론적 AGB 광도 한계와 일치한다.