[論文レビュー] The Araucaria Project. Distances to Nine Galaxies Based on a Statistical Analysis of their Carbon Stars (JAGB Method)

Bartłomiej Zgirski, G. Pietrzyński+14 more|arXiv (Cornell University)|May 5, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 36被引用数 29

ひとこと要約

この論文は LMC 赤外データを用いて JAGB 法を較正し、J バンドの光度関数フィットにガウス-二次を適用して近傍の9銀河の距離を決定し、結果を Cepheid 距離と比較する。

ABSTRACT

Our work presents an independent calibration of the J-region Asymptotic Giant Branch (JAGB) method using Infrared Survey Facility (IRSF) photometric data and a custom luminosity function profile to determine JAGB mean magnitudes for nine galaxies. We determine a mean absolute magnitude of carbon stars of $M_{LMC}=-6.212 \\pm 0.010$ (stat.) $\\pm 0.030$ (syst.) mag. We then use near-infrared photometry of a number of nearby galaxies, originally obtained by our group to determine their distances from Cepheids using the Leavitt law, in order to independently determine their distances with the JAGB method. We compare the JAGB distances obtained in this work with the Cepheid distances resulting from the same photometry and find very good agreement between the results from the two methods. The mean difference is 0.01 mag with an rms scatter of 0.06 mag after taking into account seven out of the eight analyzed galaxies that had their distances determined using Cepheids. The very accurate distance to the Small Magellanic Cloud (SMC) based on detached eclipsing binaries (Graczyk et al. 2020) is also in very good agreement with the distance obtained from carbon stars.

研究の動機と目的

• JAGB 炭素星の安定した平均 J バンド等級を用いて、LMC を基準銀河として JAGB 法を較正する。
• 既存の近赤外線測光を用いて、較正済み JAGB 法を近傍の9銀河に適用する。
• 同一データセットから得られた Cepheid に基づく距離と JAGB による距離を比較し、精度と系統性を評価する。
• サンプル選択、reddening補正、汚染の可能性に対する結果の感度を評価する。

提案手法

• J-band データに対して、Gaussian と quadratic 成分を組み合わせた光度関数をフィットして JAGB の平均等級を定義する。
• 1.30 < (J-K) < 2.0 mag（汚染ケースでは 1.45 < (J-K) < 2.0 mag）で JAGB 星を選択するためのカラーカットを用いる。
• 全銀河でJ-band の箱幅 ΔJ0 = 2.5 mag を一様に採用する。
• LMC の距離 modulus μ0 = 18.477 mag を用いて絶対 JAGB 等級を較正し、MLMC = -6.212 ± 0.010 (stat) ± 0.030 (syst) mag を導出する。
• 同じ測光から得られた Cepheid に基づく距離と JAGB 距離を比較し、Cepheid 距離を最新の LMC 距離に結ぶ。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Gaussian-plus-quadratic 光度関数フィットから導出される J-band の JAGB 平均等級は、近傍銀河の距離モジュールを Cepheid 距離と整合させることができるか？
• RQ2 同一の測光データを用いた場合、複数銀河における JAGB 推定距離と Cepheid 距離の一致度はどの程度か？
• RQ3 サンプル選択、 reddening、汚染に対する JAGB 距離推定の頑健性はどの程度か？
• RQ4 LMC に基づく JAGB の較正は、SMC の eclipsing-binary 測定などの独立距離と一致する結果を生むか？
• RQ5 JAGB 距離スケールの主な系統誤差の源は何か？

主な発見

• LMC ベースの JAGB 絶対等級は M_LMC = -6.212 ± 0.010 (stat) ± 0.030 (syst) mag。
• JAGB 距離は九銀河で Cepheid 距離と非常に良く一致し、NGC 247 を除外した場合、平均差は約 0.01 mag、 rms ≈ 0.06 mag。
• 校正された M_JAGB を用いた SMC の JAGB 距離は Graczyk et al. (2020) の eclipsing-binaries 距離と一致している。
• 大半の銀河で、JAGB と Cepheid の距離モジュールは不確かさの範囲内で一致し、NGC 247 を除外すると全体的に残差分散は小さい。
• 小さなサンプルサイズと汚染はブートストラップ推定の不確かさを増やす可能性があるが、より大きなサンプルは <J0> の決定と距離精度の安定性を改善する。
• 光度函数フィットの二次成分によって歪度と汚染を考慮し、純粋なガウスフィットと比較して頑健性を向上させる。