[論文レビュー] The calibration of the RGB Tip as a Standard Candle: Extension to Near Infrared colors and higher metallicity

M. Bellazzini, F. R. Ferraro+3 more|ArXiv.org|Apr 29, 2004

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 66被引用数 76

ひとこと要約

本論文は、ω Centauriと47 Tucanaeを基本的基準として用い、I、J、H、Kバンドにおける赤色巨星の先端（TRGB）を標準巻尺として新たに経験的にキャリブレーションする。近赤外帯域へのTRGB距離尺度の拡張と、金属量依存の関係を提供し、大マゼラン雲の自己一貫性のある距離モジュラス (m−M)₀ ≈ 18.54 を得ており、標準値と非常に良好に一致している。

ABSTRACT

New empirical calibrations of the Red Giant Branch Tip in the I,J,H and K bands based on two fundamental pillars, namely omega Centauri and 47 Tucanae, have been obtained by using a large optical and near infrared photometric database. Our best estimates give M_I(TRGB)= -4.05 pm 0.12, M_J(TRGB)= -5.20 pm 0.16, M_H(TRGB)= -5.94 pm 0.18 and M_K(TRGB) = -6.04 pm 0.16 at [M/H]=-1.5 (omega Cen) and M_I(TRGB)= -3.91 pm 0.13, M_J(TRGB)= -5.47 pm 0.25, M_H(TRGB)= -6.35 pm 0.30 and M_K(TRGB)= -6.56 pm 0.20 at [M/H]=-0.6 (47 Tuc). With these new empirical calibrations we also provide robust relations of the TRGB magnitude in I, J, H and K bands as a function of the global metallicity ([M/H]). It has also been shown that our calibrations self-consistently provide a distance modulus of the Large Magellanic Cloud in good agreement with the standard value ((m-M)_0 = 18.50)).

研究の動機と目的

• Eclipsing binaryを用いた幾何的距離によって、RR Lyrae距離スケールに依存しないω Centauriの幾何的距離を用いて、TRGB標準巻尺のゼロポイントを精緻化すること。
• ω Centauriと47 Tucanaeの広大な光度測定データセットを用いて、近赤外（J、H、K）帯域へのTRGBキャリブレーションを拡張すること。
• ほこりや金属量の多い環境における距離推定の改善を目的として、TRGB絶対等級と全金属量 [M/H] 間の強固な経験的関係を確立すること。
• 標準的な大マゼラン雲の距離モジュラスとの整合性をテストすることで、新しいキャリブレーションを検証すること。

提案手法

• Eclipsing binaryの高精度Iバンド光度測定（OGLE-17）を用いて、ω Centauriの幾何的距離を導出し、TRGBキャリブレーションの一次ゼロポイントとする。
• Sollimaら（2003）および2MASSの近赤外光度測定データを組み合わせ、ω CentauriのJ、H、KバンドにおけるTRGB等級を決定した。
• 47 Tucanae（10万顆星以上）の広大な光学および近赤外光度測定データベースを整備し、高い金属量（[M/H] ≈ −0.6）におけるTRGBの独立したキャリブレーションを実施した。
• エッジ検出法および等級関数フィッティング手法を適用し、TRGBのカットオフを特定した。これにより、1等級以内に100顆以上が存在する統計的妥当性を確保した。
• 特にLMCのRGB星において重要となる温度依存性の減光則（Zaritsky 1999）を用いて、赤さ補正を実施した。
• 2つのアンカー集団を用いて、[M/H]の関数としてTRGB等級をフィッティングし、I、J、H、Kバンドにおける金属量依存のキャリブレーションを可能にした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 幾何的距離ゼロポイントを用いて、RR Lyrae距離スケールに依存しない近赤外帯域（J、H、K）におけるTRGBの信頼性あるキャリブレーションが可能か？
• RQ2 I、J、H、KバンドにおけるTRGB等級は金属量にどのように依存するか？ そして、これを経験的にキャリブレーションできるか？
• RQ3 適切な赤さ補正を施した場合、新しいTRGBキャリブレーションは大マゼラン雲に対して一貫性のある距離モジュラスをもたらすか？
• RQ4 理論的モデル（特に既知の乖離が生じるIバンドで）と比較して、新しい経験的キャリブレーションはどのように一致するか？

主な発見

• IバンドにおけるTRGB絶対等級は、[M/H] ≈ −1.5（ω Centauri）で M_I^TRGB = -4.05 ± 0.12 とキャリブレーションされ、従来のキャリブレーションよりも精度が向上した。
• 近赤外TRGB等級は、[M/H] ≈ −1.5 のω Centauriを用いて、M_J^TRGB = -5.20 ± 0.16、M_H^TRGB = -5.94 ± 0.18、M_K^TRGB = -6.04 ± 0.16 とキャリブレーションされた。
• 金属量の高い集団47 Tucanae（[M/H] ≈ −0.6）では、TRGB等級は M_I^TRGB = -3.91 ± 0.13、M_J^TRGB = -5.47 ± 0.25、M_H^TRGB = -6.35 ± 0.30、M_K^TRGB = -6.56 ± 0.20 となった。
• 4バンドすべてにおける新しい金属量依存キャリブレーションは、Salaris & Cassisi（1998）の理論的モデルと非常に良好に一致しているが、Iバンドにわずかな恒常的乖離が残っており、これは色変換効果に起因する可能性がある。
• 適切な赤さ補正を施した上で大マゼラン雲に適用した結果、距離モジュラスは (m−M)₀ = 18.54 ± 0.04（統計）± 0.12（系誤差）となり、標準値 ≈18.50 と非常に良好に一致した。
• TRGBキャリブレーションは今や近赤外帯域までしっかり拡張され、高減光環境への適用が可能となり、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡などの将来的な観測計画にも対応できるようになった。