[論文レビュー] RR Lyrae stars in the newly discovered ultra-faint dwarf galaxy Centaurus I

C. E. Martínez-Vázquez, W. Cerny+23 more|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 93被引用数 12

ひとこと要約

本研究では、デューラン・4m望遠鏡に搭載されたDECamを用いた複数エポックのgizバンド画像を用いて、超微弱矮星銀河セントaurusI（Cen I）で3つのRR Lyrae星（2つのRRcと1つのRRab）の検出を報告する。星の空間的クラスタリングが銀河のハローからの大きな距離に位置するため、Cen Iへの所属が4.7σの有意水準で強く裏付けられ、距離モジュラスμ₀ = 20.354 ± 0.002 mag（D⊙ = 117.7 ± 0.1 kpc）が正確に得られ、Cen Iが真の超微弱矮星銀河であり、他のUFDと同様の金属量を有することを確認した。

ABSTRACT

We report the detection of three RR Lyrae (RRL) stars (two RRc and one RRab) in the ultra-faint dwarf (UFD) galaxy Centaurus I (CenI) and two Milky Way (MW) $\delta$ Scuti/SX Phoenicis stars based on multi-epoch $giz$ DECam observations. The two RRc stars are located within 2 times the half-light radius (r$_h$) of Cen I, while the RRab star (CenI-V3) is at $\sim6$ r$_h$. The presence of three distant RRL stars clustered this tightly in space represents a 4.7$\sigma$ excess relative to the smooth distribution of RRL in the Galactic halo. Using the newly detected RRL stars, we obtain a distance modulus to Cen I of $\mu_0 = 20.354 \pm 0.002$ mag ($\sigma=0.03$ mag), a heliocentric distance of D$_\odot = 117.7 \pm 0.1$ kpc ($\sigma=1.6$ kpc), with systematic errors of $0.07$ mag and $4$ kpc. The location of the Cen I RRL stars in the Bailey diagram is in agreement with other UFD galaxies (mainly Oosterhoff II). Finally, we study the relative rate of RRc+RRd (RRcd) stars ($f_{cd}$) in UFD and classical dwarf galaxies. The full sample of MW dwarf galaxies gives a mean of $f_{cd} = 0.28$. While several UFD galaxies, such as Cen I, present higher RRcd ratios, if we combine the RRL populations of all UFD galaxies, the RRcd ratio is similar to the one obtained for the classical dwarfs ($f_{cd}$ $\sim$ 0.3). Therefore, there is no evidence for a different fraction of RRcd stars in UFD and classical dwarf galaxies.

研究の動機と目的

• 新しく発見された超微弱矮星銀河セントaurusI（Cen I）におけるRR Lyrae星の所属を確認すること。
• RR Lyrae星を標準キャンドルとして用いて、セントaurusIまでの距離を測定すること。
• 超微弱矮星銀河と古典的矮星銀河におけるRRc+RRd（RRcd）星の割合に差が認められるかを評価すること。
• UFDが銀河ハロー内のRR Lyrae星集団の長周期尾部に果たす役割を評価すること。

提案手法

• セントaurusIの領域における可変星の検出に、ブレイトン4m望遠鏡に搭載されたDECamを用いた複数エポックのgizバンド画像を用いた。
• 時系列光度測定と光曲線解析を適用して、可変星（RR Lyrae型およびδ Scuti/SX Phoenicis型）の同定と分類を行った。
• メンバー星と銀河ハローの前方干渉星を区別するために、空間的クラスタリングと運動ベクトル解析を用いた。
• RR Lyrae星の周期-光度関係を用いて距離モジュラスを導出し、光度測定、赤色付加、[Fe/H]、[α/Fe]の誤差を考慮して系誤差を補正した。
• UFDおよび古典的矮星銀河におけるRRcd星の割合（fcd）を計算し、脈動特性に差が認められるかを比較した。
• 分類のためのベイリー図を用い、他のUFDと比較してCen IのRR Lyrae星の周期-光度-色関係を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 検出されたセントaurusIのRR Lyrae星は、実際に銀河のメンバーであるのか、それとも銀河ハローの前方干渉星であるのか？
• RQ2 RR Lyrae星を標準キャンドルとして用いた場合、セントaurusIまでの正確な距離は何か？
• RQ3 超微弱矮星銀河におけるRRcd星の割合は、古典的矮星銀河と顕著に異なるのか？
• RQ4 セントaurusIのRR Lyrae星の脈動特性は、他の超微弱矮星銀河および古典的矮星銀河と比較してどのように異なるのか？
• RQ5 超微弱矮星銀河は、銀河ハロー内の長周期RR Lyrae星集団にどの程度寄与しているのか？

主な発見

• セントaurusIで3つのRR Lyrae星（2つのRRcと1つのRRab）が検出され、そのうち2つのRRc星は半光半径の2倍以内に位置し、RRab星（CenI-V3）は約6倍の半径に位置している。
• これらの3つのRR Lyrae星の空間的クラスタリングは、滑らかな銀河ハロー分布に対して4.7σの過剰を示し、Cen Iへの所属を強く支持する。
• セントaurusIまでの距離モジュラスはμ₀ = 20.354 ± 0.002 mag（σ = 0.03 mag）として測定され、太陽系からの距離はD⊙ = 117.7 ± 0.1 kpc（σ = 1.6 kpc）に対応する。系統誤差は0.07 magおよび4 kpcである。
• セントaurusIにおけるRRcd星の割合（fcd）は、他のUFDおよび古典的矮星銀河と一致しており、UFDの統合サンプルではfcd ∼ 0.3であり、古典的矮星の平均（0.28）と同程度である。
• Cen IのRR Lyrae星がベイリー図に位置する点は、他のUFD、特にオースター＝ホフ型IIに類似しており、脈動特性に一貫性があることを示している。
• 結果から、セントaurusIが真の超微弱矮星銀河であり、[Fe/H] = −1.8 dexの金属量と12.85 Gyrより古い星族を有することを確認した。