[论文解读] Galactic and Extragalactic Distance Scales: The Variable Star Project

M. W. Feast|ArXiv.org|Jun 18, 2008

Astronomy and Astrophysical Research被引用 7

一句话总结

本文介绍了多所机构合作，利用变星（包括经典造父变星、II型造父变星、RR Lyrae变星和米拉变星）对河外星系距离尺度进行精细化研究。通过结合哈勃空间望远镜和依巴谷卫星的三角视差数据与周期-光度关系，该研究得出大麦哲伦云的距离模数为18.39 ± 0.05，与哈勃常数70 ± 5 km s⁻¹ Mpc⁻¹一致。

ABSTRACT

This paper summaries the status of a large project to improve distance scales of various classes of variable stars. This is being carried out by a large group in Cape Town, Japan, England and the USA. The results are illustrated by giving the distances of the Large Magellanic Cloud and the Galactic Centre (Ro) as well as the value of the Hubble Constant, Ho, based on our current results. The classes of variables considered are; Classical Cepheids, Type II Cepheids, RR Lyrae stars, O- and C-Miras

研究动机与目标

• 利用多种类型的变星提高河外星系距离尺度的精度。
• 通过使用精确视差校准周期-光度（PL）关系，解决大麦哲伦云距离模数的差异问题。
• 评估金属丰度对周期-光度关系的影响，特别是对经典造父变星的影响，以减少哈勃常数测量中的系统性不确定度。
• 验证并改进RR Lyrae变星和米拉变星的周期-光度关系，作为在缺乏经典造父变星的系统中独立的距离指示器。
• 测定银河系中心的距离（R₀），并检验其与恒星运动学和黑洞轨道数据的一致性。

提出的方法

• 结合哈勃空间望远镜和修订后的依巴谷卫星数据，对附近经典造父变星的三角视差进行分析。
• 采用消光无关的星等 $ M_W = V - 2.45(V-I) $，以最小化周期-光度关系中的消光效应。
• 利用NGC4258和大麦哲伦云造父变星的数据，对周期-光度关系施加金属丰度修正，以进一步精确校准大麦哲伦云的距离模数。
• 结合径向速度和测光数据，并施加Oort常数约束，推导O-和C-米拉变星的周期-光度零点。
• 整合甚长基 baseline 干涉测量（VLBI）观测和视差测量，校准大麦哲伦云和球状星团中O-和C-米拉变星的周期-光度关系。
• 通过多种变星类型之间的距离尺度一致性检验，交叉验证哈勃常数和R₀。

实验结果

研究问题

• RQ1 当使用改进的视差和金属丰度修正校准经典造父变星时，大麦哲伦云最精确的距离模数是多少？
• RQ2 金属丰度如何影响$ M_W $波段经典造父变星周期-光度关系的零点？其对推导出的哈勃常数有何影响？
• RQ3 大麦哲伦云和银河系晕中的RR Lyrae变星在金属丰度-光度关系上是否表现出一致性？这对距离尺度的一致性有何影响？
• RQ4 在缺乏经典造父变星的系统中，O-和C-米拉变星能否作为可靠的测距工具？其在K波段的校准周期-光度关系如何？
• RQ5 当从多种变星距离尺度推导银河系中心距离（R₀）时，其结果如何？与动力学测量结果相比是否一致？

主要发现

• 通过使用$ M_W $波段中经过金属丰度修正的周期-光度关系，基于经典造父变星得出的大麦哲伦云距离模数为$ 18.39 \pm 0.05 $。
• 由此距离尺度推导出的哈勃常数为$ H_0 = 70 \pm 5 \, \text{km} \, \text{s}^{-1} \, \text{Mpc}^{-1} $，与WMAP $ \Lambda \text{CDM} $模型的值$ 73 \pm 3 \, \text{km} \, \text{s}^{-1} \, \text{Mpc}^{-1} $基本一致。
• $ M_W $波段周期-光度关系的斜率为$ \alpha = -3.29 \pm 0.15 $，银河系与大麦哲伦云造父变星之间无显著差异，表明斜率对金属丰度不敏感。
• 银河系中心距离（$ R_0 $）的测定值小于以往采用的数值，但与围绕中心黑洞的恒星轨道测量结果一致。
• 对于O-米拉变星，其PL($ M_K $)关系得出的大麦哲伦云模数为$ 18.49 \pm 0.07 $；对于C-米拉变星，综合数据得出$ 18.31 \pm 0.20 $，两者均在不确定度范围内与造父变星结果一致。
• RR Lyrae变星显示出潜在的本征光度偏移：RR Lyrae本身比$ M_V = a[Fe/H] + b $关系预测的亮度高出$ 0.16 \pm 0.12 $等，与斯特罗姆伦测光的预测一致。