[논문 리뷰] RR Lyrae variables in Galactic globular clusters - I: The observational scenario

M. Castellani, F. Caputo외 1명|ArXiv.org|2003. 08. 25.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 22인용 수 28

한 줄 요약

이 논문은 주기와 진동 모드가 잘 측정된 32개의 은하수 고구구성성의 RR Lyrae 변수에 대한 관측 데이터를 재분석하여, 불안정성 지붕의 온도 폭이 금속성에 거의 의존하지 않는다는 것을 발견하였다. 강력한 증거를 바탕으로 오스터호프 이분법은 주로 불안정성 지붕의 'OR 영역'에서의 모드 전환 메커니즘에 기인하며, 금속성에 따라 변화하는 밝기의 변화 때문이 아니라고 주장한다. 이론적으로 예측되는 밝기 경향을 상쇄하기 위해 펄서 질량이 보상 역할을 한다.

ABSTRACT

In this paper we revisit observational data concerning RR Lyrae stars in Galactic globular clusters, presenting frequency histograms of fundamentalized periods for the 32 clusters having more than 12 pulsators with well recognized period and pulsation mode. One finds that the range of fundamentalized periods covered by the variables in a given cluster remains fairly constant in varying the cluster metallicity all over the metallicity range spanned by the cluster sample, with the only two exceptions given by M15 and NGC6441. We conclude that the width in temperature of the RR Lyrae instability strip appears largely independent of the cluster metallicity. At the same time, it appears that the fundamentalized periods are not affected by the predicted variation of pulsators luminosity with metal abundance, indicating the occurrence of a correlated variation in the pulsator mass. We discuss mean periods in a selected sample of statistically significant "RR rich" clusters with no less than 10 RRab and 5 RRc variables. One finds a clear evidence for the well known Oosterhoff dichotomy in the mean period of ab-type variables, together with a similarly clear evidence for a constancy of the mean fundamentalized period in passing from Oosterhoff type II to type I clusters. On this basis, the origin of the Oosterhoff dichotomy is discussed, presenting evidence against a strong dependence of the RR Lyrae luminosity on the metal content.

연구 동기 및 목표

• 현대적 고정밀 주기 및 모드 측정치를 활용하여 은하수 고구구성성의 RR Lyrae 별에 대한 관측 데이터를 재표현하기.
• 관측된 평균 펄레이션 주기에서의 오스터호프 이분법이 금속성에 따른 밝기 변화인지, 또는 펄레이션 모드 변화 때문인지 조사하기.
• 특히 불안정성 지붕의 온도 폭을 고려할 때, 군집의 금속성이 RR Lyrae 변수의 주기 분포에 미치는 영향을 평가하기.
• 합성 수평가에 대한 주기 분포 히스토그램과 평균 주기와의 비교를 통해 향후 이론적 모델링에 기초가 되는 관측적 근거를 제공하기.

제안 방법

• 주기 히스토그램을 편성한 32개의 고구구성성에서, 주기와 진동 모드가 명확하게 확인된 RR Lyrae 별이 12개 이상인 경우를 대상으로 하였다.
• 모든 주기를 기본 모드로 변환하여 다양한 펄레이션 모드 간 직접 비교가 가능하도록 주기를 기본화하였다.
• 통계적 선택 기준으로 최소 10개의 RRab 및 5개의 RRc 별을 포함하는 26개의 군집을 선별하여 평균 주기 분석에 필요한 유의미한 데이터 확보.
• 오스터호프 유형 I 및 II 군집 간 관측된 주기 분포와 평균 주기를 비교하여 금속성에 따른 밝기 영향을 검증하였다.
• 불안정성 지붕의 온도 범위에 대한 다양한 가정 하에, 다양한 질량 및 밝기 분포를 가진 합성 수평가(SHB) 모델을 사용하여 주기 및 모드 분포를 시뮬레이션하였다.
• 1차 옹진 모드(RRc) 대 전체 RR Lyrae 별 수의 비율(Nc/Ntot)과 기본 모드 및 1차 옹진 모드 펄레이션 경계 사이의 효과적 온도 차이 간 상관관계 분석.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측 범위 내에서 군집의 금속성이 변화함에 따라 RR Lyrae 불안정성 지붕의 폭이 유의미하게 변하는가?
• RQ2 관측된 오스터호프 이분법이 평균 RRab 주기에서 금속성에 따라 변화하는 펄서의 밝기 때문인지, 또는 펄레이션 모드의 이동 때문인가?
• RQ3 오스터호프 유형 I 및 II 군집 간에서 1차 옹진 모드(RRc) 펄레이션 별의 상대 빈도는 어떻게 달라지며, 이는 불안정성 지붕의 구조에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 관측된 평균 기본 모드(Pab)와 기본화된(Pf) 주기 간의 차이가 불안정성 지붕의 'OR 영역'에서의 모드 전환 메커니즘을 얼마나 잘 지지하는가?
• RQ5 펄서 질량이 밝기 및 금속성과 관련하여 상관적으로 변화할 경우, 관측된 주기 분포가 이론적 예측과 조화를 이룰 수 있는가?

주요 결과

• 샘플이 포함하는 금속성 범위 내에서 특정 군집의 기본화된 주기 범위는 비교적 일정하게 유지되며, 유일한 예외는 M15와 NGC6441 둘 뿐이어서, RR Lyrae 불안정성 지붕의 온도 폭이 금속성에 거의 의존하지 않는다는 것을 시사한다.
• 예측된 금속성에 따른 펄서 밝기 변화의 영향을 고려할 때 관측된 주기 분포에 영향을 주지 않으며, 이는 밝기 경향을 상쇄하기 위해 펄서 질량이 관련하여 변화함을 시사한다.
• 평균 주기 <Pab>에서 명백한 오스터호프 이분법이 확인되었으며, OoI 군집의 경우 <Pab> ≈ 0.6일(log <Pab> ≈ -0.22)이지만, OoII 군집은 더 긴 평균 주기를 보인다.
• 오스터호프 유형 II에서 유형 I 군집으로 전환할 때도 평균 기본화된 주기 <Pf>는 일정하게 유지되며, 이는 불안정성 지붕의 효과적 온도 범위가 금속성에 의존하지 않는다는 것을 나타낸다.
• 관측된 <Pab>와 <Pf> 간의 차이는 'OR 영역'에서의 모드 전환 메커니즘과 일치하며, 이는 OoI 군집이 기본 모드로 진동하고 OoII 군집은 1차 옹진 모드로 진동한다는 것을 의미한다.
• M3(OoI)와 M15(OoII)에서의 1차 옹진 모드 펄레이션 별의 상대 빈도 및 주기 히스토그램은, 두 유형 모두에서 불안정성 지붕의 온도 범위가 유사하지만, 수평가의 진화적 및 구조적 영향으로 인해 펄레이션 모드가 다름을 시사하는 시나리오를 지지한다.