[论文解读] Gaia Data Release 2: Specific characterisation and validation of all-sky Cepheids and RR Lyrae stars

G. Clementini, V. Ripepi+22 more|arXiv (Cornell University)|May 5, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 80被引用 85

一句话总结

论文描述 Gaia DR2 SOS Cep&RRL 流水线修改，以处理全天 Gaia G、G_BP、G_RP 时序数据，针对 Cepheids 和 RR Lyrae 星提供多波段光度、分类以及派生的恒星参数的大样本全天区样本。

ABSTRACT

The Gaia second Data Release (DR2) presents a first mapping of full-sky RR Lyrae stars and Cepheids observed by the spacecraft during the initial 22 months of science operations. The Specific Object Study (SOS) pipeline, developed to validate and fully characterise Cepheids and RR Lyrae stars (SOS Cep&RRL) observed by Gaia, has been presented in the documentation and papers accompanying the Gaia first Data Release. Here we describe how the SOS pipeline was modified to allow for processing the Gaia multiband (G, G_BP and G_RP) time series photometry of all-sky candidate variables and produce specific results for confirmed RR Lyrae stars and Cepheids that are published in the DR2 catalogue. The SOS Cep&RRL processing uses tools such as the period-amplitude and the period-luminosity relations in the G band. For the analysis of the Gaia DR2 candidates we also used tools based on the G_BP and G_RP photometry, such as the period-Wesenheit relation in (G,G_RP). Multiband time series photometry and characterisation by the SOS Cep&RRL pipeline are published in Gaia DR2 for 150,359 such variables (9,575 classified as Cepheids and 140,784 as RR Lyrae stars) distributed all over the sky. The sample includes variables in 87 globular clusters and 14 dwarf galaxies. To the best of our knowledge, as of 25 April 2018, variability of 50,570 of these sources (350 Cepheids and 50,220 RR Lyrae stars) is not known in the literature, hence likely they are new discoveries by Gaia. An estimate of the interstellar absorption is published for 54,272 fundamental-mode RR Lyrae stars from a relation based on the G-band amplitude and the pulsation period. Metallicities derived from the Fourier parameters of the light curves are also released for 64,932 RR Lyrae stars and 3,738 fundamental-mode classical Cepheids with period shorter than 6.3 days.

研究动机与目标

• 描述从 DR1 到 DR2，SOS Cep&RRL 流水线如何为全天处理 Gaia G、G_BP、G_RP 时序数据而进行改编。
• 公布并验证 DR2 中已确认的 Cepheids 和 RR Lyrae 的多波段光度、振动性质以及派生参数（如金属丰度、吸收）的数据。
• 评估 DR2 Cepheid/RRL 样本的局限性、误分类及偏差，并概述未来版本改进的方向。

提出的方法

• 对已初步分类为 Cepheid 或 RR Lyrae 候选源的 Gaia DR2 时序光度数据（G、G_BP、G_RP）进行处理。
• 在 RR Lyrae 与 Cepheid 的周期范围内应用 Lomb-Scargle 周期搜索以确定 P_SOS。
• 用截断傅里叶级数对光曲线进行建模，以提取振动参数和傅里叶系数。
• 使用区域特定关系（PL、PW、Bailey 图）及傅里叶参数来分类振动模式和类型（包括多模态情况）。
• 从傅里叶参数派生恒星参数如光度系数 [Fe/H]（RR Lyrae 的 phi31；Cepheid 的 R21/R31）并估算 RR Lyrae ab 型的 G 波段吸收 A(G)，使用基于 Gaia 与 Johnson-Cousins 的变换。
• 公布 DR2 中已确认的 RR Lyrae（包括 RRab、RRc、RRd）和 Cepheids 的结果，附 DR2 质量条件下的视差与 reddening 的注意事项。

实验结果

研究问题

• RQ1 Gaia DR2 中全天 Cepheids 和 RR Lyrae 星的特征与分类是什么？
• RQ2 如何利用多波段 Gaia 时序数据（G、G_BP、G_RP）来使用 SOS 流水线验证和表征 Cepheids 与 RR Lyrae？
• RQ3 可以从 Gaia 光度数据稳健估计哪些恒星参数（例如金属丰度、吸收）用于这些在 DR2 的变星？
• RQ4 DR2 的 SOS Cep&RRL 结果存在哪些局限性、误分类和偏差，未来版本如何缓解？

主要发现

• Gaia DR2 提供覆盖全天、包含 9,575 颗 Cepheid 和 140,784 RR Lyrae 的多波段时序光度与特征化，共 150,359 颗变星。
• 样本中有相当大一部分（50,570 个源）是至 2018-04-25 文献尚未发现的新发现。
• 使用傅里叶参数估计了 64,932 颗 RR Lyrae 与 3,738 颗基模 Cepheid，P < 6.3 天的光度金属丰度 [Fe/H]。
• 基模 RR Lyrae 的 G 波段吸收 A(G) 通过光曲线和颜色信息，在转换为 Johnson-Cousins 通过带后估算。
• 该流水线在 G、G_BP、G_RP 中提供周期、振幅、平均等量、傅里叶参数，便于在 CMD 上定位与进行周期-振幅分析（Bailey 图）。
• DR2 处理受初步视差、 reddening 的限制，以及某些验证工具未启用，导致已知的误分类，这些已被记录。