[論文レビュー] Three-Dimensional Distributions of Type II Cepheids and Anomalous Cepheids in the Magellanic Clouds. Do these Stars Belong to the Old, Young or Intermediate-Age Population?

Patryk Iwanek, I. Soszyński+9 more|arXiv (Cornell University)|Sep 5, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、オーストラリア・ギャラクシー・レヴェル・グループ（OGLE）調査データを用いて、大型・小規模マゼランスがくにおけるタイプIIセフェイドおよび異常セフェイドの3次元空間的分布を分析し、星団の年齢を特定する。3次元コルモゴロフ＝スミルノフ検定を適用した結果、BL Her星はRR Lyrae星と同様に古く、W Vir星は古くおよび中年齢の星の混合であり、異常セフェイドは単一星の進化ではなく、二重星合体によって形成された可能性が高いことが示された。

ABSTRACT

The nature of type II Cepheids and anomalous Cepheids is still not well known and their evolutionary channels leave many unanswered questions. We use complete collection of classical pulsating stars in the Magellanic Clouds discovered by the OGLE project, to compare their spatial distributions, which are one of the characteristic features directly related to the star formation history. In this analysis we use 9649 classical Cepheids, 262 anomalous Cepheids, 338 type II Cepheids and 46 443 RR Lyr stars from both Magellanic Clouds. We compute three-dimensional Kolmogorov-Smirnov tests for every possible pair of type II and anomalous Cepheids with classical Cepheids, and RR Lyr stars. We confirm that BL Her stars are as old as RR Lyr variable stars - their spatial distributions are similar, and they create a vast halo around both galaxies. We discover that spatial distribution of W Vir stars has attributes characteristic for both young and old stellar populations. Hence, it seems that these similarities are related to the concentration of these stars in the center of the Large Magellanic Cloud, and the lack of a vast halo. This leads to the conclusion that W Vir variables could be a mixture of old and intermediate-age stars. Our analysis of the three-dimensional distributions of anomalous Cepheids shows that they differ significantly from classical Cepheids. Statistical tests of anomalous Cepheids distributions with RR Lyr distributions do not give unambiguous results. We consider that these two distributions can be similar through the vast halos they create. This similarity would confirm anomalous Cepheids evolution scenario that assumes coalescence of a binary system.

研究の動機と目的

• マゼランスがくにおけるタイプIIセフェイドおよび異常セフェイドが、古く、若く、または中年齢の星団に属するかどうかを特定すること。
• W Vir星および異常セフェイドの進化経路に関する長年の不確実性を解消すること。
• 空間的分布パターンを星形成歴および星団年齢の代理指標として用いること。
• 古典的進化モデルが、人口IIパルサーの観測された3次元分布と整合するかどうかを検証すること。
• 異常セフェイドがRR Lyrae星と同等の運動学的および空間的特性を示すかどうかを評価し、共通の起源を示唆すること。

提案手法

• マゼランスがくにおけるOGLE-IV調査から得られた、完全なサンプル（古典的セフェイド9,649個、異常セフェイド262個、タイプIIセフェイド338個、RR Lyrae星46,443個）を用いた。
• 異なるパルサー種の空間的分布を比較するために、3次元コルモゴロフ＝スミルノフ（3D-KS）統計的検定を適用した。
• 異常セフェイドと古典的セフェイド、および異常セフェイドとRR Lyrae星の間で、対比較の3D-KS検定を実施した。
• ハロカットフィルタリングを用いて、拡張された空間的構造を分離し、大規模な分布パターンの類似性を評価した。
• R言語を用いた多次元統計的検定を実施し、実装および解釈に関して専門家との協議を経た。
• 既知の集団所属（例：LMCの球状星団）および星の質量推定値と照合し、年齢および進化経路を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マゼランスがくにおけるタイプIIセフェイドおよび異常セフェイドの空間的分布は、古く、若く、または中年齢の星団と一致するか？
• RQ2 W Vir星の空間的分布は単一年齢星団と一致するのか、それとも古くおよび中年齢の星の混合を示唆するのか？
• RQ3 異常セフェイドはRR Lyrae星と3次元空間的分布を共有するか？ これは共通の進化起源を示唆するか？
• RQ4 観測された異常セフェイドの空間的パターンは、単一星の進化によって説明可能か？ それとも二重星合体が必要か？
• RQ5 LMCとSMCにおけるこれらのパルサーの3次元空間的分布はどのように比較されるか？ これにより星団構造にどのような示唆が得られるか？

主な発見

• BL Her星は、RR Lyrae星と空間的分布が統計的に区別できないため、両者とも両マゼランスがくに広大なハロを形成する古星団に属することが確認された。
• W Vir星は二重の空間的特徴を示す：LMCおよびSMCの中心部に集中しており、広大なハロを形成しない。これは、古くおよび中年齢の星の混合であることを示唆する。
• 異常セフェイドは、古典的セフェイドとは顕著に異なる3次元空間的分布を示しており、別個の進化起源を示している。
• 統計的検定の結果、異常セフェイドとRR Lyrae星は、特に拡張ハロを介して、SMCにおいて類似した空間的分布を示しており、二重星合体による共通の起源を支持する。
• LMCにおいて異常セフェイドとRR Lyrae星の間で明確な統計的一致が得られない一方で、両者に広大なハロが存在するため、単一星の進化ではなく、二重星合体のシナリオが支持される。
• 本研究は、古典的ギングォルド（1976）進化モデルに疑問を呈する。BL Her星とW Vir星の空間的分布が同一ではなく、W Vir星の青いループは現代の計算でも再現されていない。