[论文解读] Observational studies of Cepheid amplitudes. I - Period-amplitude relationships for Galactic Cepheids and interrelation of amplitudes

P. Klagyivik, L. Szabados|arXiv (Cornell University)|Aug 25, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 60被引用 36

一句话总结

本研究利用多波段光度观测和径向速度数据，重新审视了银河系造父变星的周期-振幅（P-A）关系，揭示了在10.47天时短周期与长周期造父变星之间存在二分性。通过振幅异常识别出此前未被发现的双星系统，并表明振幅比 A_V_rad/A_B 作为脉动模式的指标并不可靠，这挑战了理论假设，并要求将 P-L 关系的分界点从10天修订为10.47天。

ABSTRACT

Aims: We attempt to revise the period-amplitude (P-A) relationship of Galactic Cepheids based on multi-colour photometric and radial velocity data. Reliable P-A graphs for Galactic Cepheids constructed for the U, B, V, R_C, and I_C photometric bands and pulsational radial velocity variations facilitate investigations of previously poorly studied interrelations between observable amplitudes. The effects of both binarity and metallicity on the observed amplitude, and the dichotomy between short- and long-period Cepheids can both be studied. Results: Large amplitude Cepheids with companions exhibit smaller photometric amplitudes on average than solitary ones, as expected, while s-Cepheids pulsate with an rbitrary (although small) amplitude. The ratio of the observed radial velocity to blue photometric amplitudes, A_V_RAD/A_B, is not as good an indicator of the ulsation mode as predicted theoretically. This may be caused by an incorrect mode assignment to a number of small amplitude Cepheids, which are not ecessarily first overtone pulsators. The dependence of the pulsation amplitudes on wavelength is used to identify duplicity of Cepheids. More than twenty stars previously classified as solitary Cepheids are now suspected to have a companion. The ratio of photometric amplitudes observed in various bands confirms the existence of a dichotomy among normal amplitude Cepheids. The limiting period separating short- and long-period Cepheids is 10.47 days. Conclusions: Interdependences of pulsational amplitudes, the period dependence of the amplitude parameters, and the dichotomy have to be taken into account as constraints in modelling the structure and pulsation of Cepheids. Studies of the P-L relationship must comply with the break at 10.47 instead of the currently used `convenient' value of 10 days.

研究动机与目标

• 利用高精度的多波段光度和径向速度数据，重新修订银河系造父变星的周期-振幅（P-A）关系。
• 研究不同波长下光度振幅与径向速度振幅之间的相互关系。
• 评估双星系统和金属丰度对观测振幅的影响，其中双星系统在此项研究中处理，而金属丰度将在后续研究中探讨。
• 确定真正区分短周期与长周期造父变星的周期，挑战传统的10天阈值。
• 利用不同波段中的振幅行为，识别出此前被错误归类为单星的造父变星及其隐藏的伴星。

提出的方法

• 构建了一个包含369颗银河系造父变星的同质化数据库，其中包含通过傅里叶法重新计算的脉动周期和振幅。
• 为 U、B、V、Rc 和 Ic 波段分别构建了周期-振幅（P-A）图，并为每个波段确定了上包络线。
• 分析振幅比如 A_V_rad/A_B、A_B/A_V 和 A_V/A_I，以检测可能指示双星系统或模式误判的偏离。
• 利用描述振幅波长依赖性的参数 m 和 k，推断蓝星或红星伴的存在。
• 仅使用已知无伴星的造父变星，通过统计方法检验振幅参数之间的相关性，以避免污染。
• 通过拟合振幅分布并识别 log P = 1.02（即10.47天）处的断点，确定了短周期与长周期二分性的极限周期。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于振幅行为，真正区分短周期与长周期造父变星的周期是多少？
• RQ2 不同光度波段与径向速度振幅之间的振幅比如何相关？它们揭示了关于脉动模式和双星系统的哪些信息？
• RQ3 双星系统在多大程度上抑制了造父变星的光度振幅？振幅异常是否可用于识别此前未被发现的伴星？
• RQ4 为何 A_V_rad/A_B 比值不能作为脉动模式的可靠指标？这是否可能由于小振幅造父变星中模式误判所致？
• RQ5 通过 m 和 k 参数体现的振幅波长依赖性，如何帮助检测造父变星系统中的恒星伴星？

主要发现

• 真正区分短周期与长周期造父变星的周期为10.47天（log P = 1.02），而非常用的10天，该分界点必须在 P-L 关系校准中采用。
• 超过二十颗此前被归类为单星的造父变星，现因跨波段振幅行为异常而被认为可能拥有伴星。
• A_V_rad/A_B 比值并非脉动模式的可靠指标，可能由于小振幅造父变星中模式误判所致，这些星可能并非第一谐频脉动星。
• 振幅波长依赖性的 m 和 k 参数显示出与 log P 的线性关系，其与预期值的偏离表明存在蓝星或红星伴。
• 振幅比 A_B/A_V 在10.47天处表现出明显的二分性，证实了造父变星在结构与脉动特性上的根本性分界。
• 部分 s-造父变星的相位曲线展宽程度超过测量误差允许的范围，表明可能存在微弱的非球对称模式激发，与大麦哲伦云中的造父变星类似。