[논문 리뷰] The distance modulus of the Large Magellanic Cloud based on double-mode RR Lyrae stars

G. Kovács|arXiv (Cornell University)|2000. 11. 02.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 MACHO 설문에서 확보한 이중모드 RR Lyr성(RRd)을 이용하여 대마젤란운성(LMC)의 거리모듈러스를 결정한다. 선형 진동 모델과 일관된 온도 척도를 갖춘 별대기 모델을 적용함으로써 거리모듈러스 18.52 mag를 유도하며, 이는 '긴' 거리 척도를 지지하고 있으며, 주로 온도 제로 포인트에서 기인하는 체계적 오차가 이 값을 짧은 거리 추정치와 조율하기 위해 상당한, 비현실적인 매개변수 조정 없이선 이를 해결할 수 없다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

We use double-mode RR Lyrae (RRd) stars from the MACHO variable star database of the Large Magellanic Cloud (LMC) to estimate its distance, by utilizing photometric data, linear pulsation and stellar atmosphere models. If we set E_(B-V)=0.11 and [M/H]=-1.5 for LMC, we get M-m=18.52 mag, which is in agreement with the value obtained from Galactic cluster RRd stars. Although the formal statistical error (standard deviation) of M-m derived from the MACHO set is only 0.024 mag, the systematic errors are more substantial. These errors are mostly due to the zero point ambiguity of the temperature scale and to the error of the photometric calibration. However, the fact that the distance moduli obtained in this and in our former studies of cluster RRd and Small Magellanic Cloud beat Cepheids agree so well, implies that the only serious source of error is the zero point of the temperature scale, which should not have larger than +/-0.10 mag effect on the distance modulus.

연구 동기 및 목표

• MACHO 설문에서 확보한 이중모드 RR Lyr성(RRd)을 이용하여 대마젤란운성(LMC)의 거리모듈러스를 결정한다.
• 지구 은하수의 궤도별 군집과 소마젤란운성의 비트 시프라이드(Cepheids)로부터의 독립적 추정치와 RRd 기반 거리모듈러스의 일관성을 평가한다.
• 체계적 오차—특히 온도 제로 포인트—가 유도된 거리모듈러스에 미치는 영향을 평가한다.
• '긴' 거리 척도(DM ≈ 18.5)가 '짧은' 추정치(DM ≈ 18.2)와 일치하도록 가능한 매개변수 조정을 통해 조정될 수 있는지 시험한다.
• 외성계 시스템의 거리 결정에 표준 별대기 및 진동 모델을 사용하는 것이 타당한지 검증한다.

제안 방법

• LMC 내 181개의 RRd 성에 대해 MACHO 설문의 다색 광도 데이터(V 및 Rc)를 사용한다.
• 선형 진동 모델을 적용하여 빛의 세기와 주기(P0, P1), 효율 온도(Teff), 금속성 [M/H] 간의 관계를 설정한다.
• Castelli 등(1997)의 별대기 모델에서 유도된 색상-온도 관계를 사용하며, 이는 Blackwell 및 Lynas-Gray(1994)의 적외선 복사율 방법(IRFM)에 의해 校정된다.
• Kovács 및 Walker(1999)의 볼로메트릭 보정 공식을 사용하여 모델 빛의 세기를 절대 등급으로 변환한다.
• 모델 절대 등급과 관측된 상대 등급을 비교함으로써 거리모듈러스를 유도한다.
• 일관된 온도 제로 포인트(BLG94 척도)를 적용하고 Teff, E(B-V), [M/H], 주기 비율에 대한 불확실성에 대한 민감도를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 진동 및 대기 모델을 사용하여 이중모드 RR Lyr성에서 유도된 LMC의 거리모듈러스는 얼마인가?
• RQ2 RRd 기반 거리모듈러스는 지구 은하수의 군집과 SMC 비트 시프라이드로부터의 독립적 추정치와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 RRd 거리 결정에서 지배적인 체계적 오차의 원인은 무엇이며, 이는 '긴' 척도와 '짧은' 척도 간의 불일치를 조정할 수 있는가?
• RQ4 RRd 기반 거리모듈러스를 '짧은' 척도(18.2 mag)로 맞추기 위해 효율 온도 척도에 상당한 이동이 필요한가?
• RQ5 금속성, 적색화, 광도 캘리브레이션에 대한 불확실성에 대해 결과는 얼마나 강인한가?

주요 결과

• 181개의 RRd 성을 MACHO 설문에서 확보하여 LMC의 거리모듈러스는 18.52 mag로 결정되었다.
• 거리모듈러스의 공식 통계적 오차는 0.024 mag로, 큰 표본 크기 덕분에 높은 정밀도를 보인다.
• 체계적 오차—주로 온도 제로 포인트와 광도 캘리브레이션에서 기인—는 통계적 오차보다 크며, 거리모듈러스에 ±0.10 mag의 영향을 줄 수 있다.
• 결과는 지구 은하수의 RRd 성과 SMC 비트 시프라이드로부터의 독립적 추정치와 뛰어난 일치를 보이며, 모두 DM ≈ 18.5 mag를 산출한다.
• 거리모듈러스를 '짧은' 척도(18.2 mag)로 낮추기 위해 온도 척도를 300 K 이동시켜야 하며, 이는 현재의 IRFM 캘리브레이션을 고려할 때 비현실적으로 간주된다.
• 여러 독립적 데이터셋 간의 일관성은 '긴' 거리 척도가 강인하며, 이를 '짧은' 척도와 조율하기 위해서는 온도 또는 금속성에 근본적인 변화가 필요하다는 것을 시사한다.