[论文解读] Optical Gravitational Lensing Experiment. Distance to the Magellanic Clouds with the Red Clump Stars: Are the Magellanic Clouds 15% Closer than Generally Accepted?

A. Udalski, M. K. Szymański+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 4, 1998

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 8

一句话总结

本文利用依巴谷星表校准的红巨星分支星方法，对大、小麦哲伦云的距离进行了新的测量，发现两者均比以往公认的值近约15%——大麦哲伦云的距离模数为18.08等，小麦哲伦云为18.56等，该结果基于四条不同视线方向的一致结果，系统误差主要源于消光不确定性的限制。

ABSTRACT

We present a new distance determination to the Large and Small Magellanic Clouds using the newly developed red clump stars method (Paczynski and Stanek 1998). This new, single-step, Hipparcos calibrated method seems to be one of the most precise techniques of distance determination with very small statistical error due to large number of red clump stars usually available. The distances were determined independently along four lines-of-sight located at opposite sides of each Magellanic Cloud. The results for each line-of-sight are very consistent. For the SMC we obtain the distance modulus: m-M=18.56+/-0.03+/-0.06 mag (statistical and systematic errors, respectively) and for the LMC: m-M=18.08+/-0.03+/-0.12} mag where systematic errors are mostly due to uncertainty in reddening estimates. Both distances will be refined and systematic errors reduced when accurate reddening maps for our fields are available. Distance moduli to both Magellanic Clouds are ~0.4 mag smaller than generally accepted values. The modulus to the LMC is in good agreement with the recent determinations from RR Lyrae type stars and upper limit resulting from the SN1987A echo. We suspect that the distance to the LMC and SMC is shorter by about 15% than previously assumed: 42 kpc and 52 kpc, respectively. We also present our color-magnitude diagrams around the red clump for the LMC and SMC. We identify vertical red clump, first noted by Zaritsky and Lin (1997), in the color-magnitude diagram of both Magellanic Clouds and we interpret it as an evolutionary feature rather than unknown stellar population between the LMC and our Galaxy.

研究动机与目标

• 利用基于红巨星分支星的新型单步方法，精确测定大、小麦哲伦云的距离。
• 鉴于近期距离指示器之间存在分歧，检验目前公认的麦哲伦云距离是否准确。
• 评估针对每个星云在多个视线方向上的距离测量结果的一致性。
• 探究在颜色-星等图中观测到的红巨星分支特征是否为恒星演化特征，而非未知中间恒星族的证据。
• 通过改进观测场区的消光图，减少距离估计中的系统误差。

提出的方法

• 采用红巨星分支星方法，该方法依赖于赫罗图中红巨星分支星的紧密绝对星等作为标准烛光。
• 应用依巴谷星表校准的零点，将视星等转换为距离模数，最大限度减少对中间校准的依赖。
• 分析来自大、小麦哲伦云四个不同视线方向的颜色-星等图（CMD），以确保空间一致性。
• 在颜色-星等图中识别红巨星分支特征，并将其垂直结构解释为恒星演化效应，而非独立恒星族的体现。
• 量化统计误差与系统误差，后者主要由消光估计的不确定性主导。
• 利用光学引力透镜实验（OGLE）的高时间分辨率光度数据，实现对红巨星分支星星等的高精度测量。

实验结果

研究问题

• RQ1 大、小麦哲伦云的距离是否显著不同于当前公认的数值？
• RQ2 红巨星分支星方法能否提供比以往技术更精确且自洽的距离测量？
• RQ3 颜色-星等图中红巨星分支区域观测到的垂直结构是恒星演化的结果，还是未知中间恒星族的征兆？
• RQ4 来自多个视线方向的距离估计结果如何比较，这对星云的空间均匀性有何启示？
• RQ5 消光估计的不确定性在多大程度上影响最终的距离模数？能否通过更精确的消光图来减小这些误差？

主要发现

• 大麦哲伦云的距离模数测定为18.08 ± 0.03（统计）± 0.12（系统）等，表明其距离比以往假设值短约15%。
• 小麦哲伦云的距离模数为18.56 ± 0.03（统计）± 0.06（系统）等，同样表明其距离比标准值减少约15%。
• 针对每个星云的四条独立视线方向的距离估计结果表现出极好的一致性，支持红巨星分支方法的稳健性。
• 在颜色-星等图中红巨星分支区域观测到的垂直结构被解释为红巨星分支星的真实演化特征，而非未知恒星族的迹象。
• 大麦哲伦云的距离模数与近期利用RR Lyrae星和SN 1987A回声测定的结果高度一致，增强了新数值的可信度。
• 系统误差主要由消光估计的不确定性驱动，未来若能改进消光图，有望显著降低这些误差。