[论文解读] RR Lyrae stars in Galactic globular clusters. VI. The Period-Amplitude relation

G. Bono, F. Caputo+1 more|ArXiv.org|Sep 20, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 56被引用 27

一句话总结

本研究利用非线性湍流脉动模型和合成水平分支模拟，调查了银河系球状星团中RR Lyrae星的周期-振幅（PA_V）关系。结果表明，由于对水平分支形态强烈依赖，PA_V平面并非可靠的金属丰度诊断工具，但若结合金属丰度和水平分支类型，可提供精确的距离估计；此外，发现[Fe/H] ≈ -2.5 至 0.0 范围内，M_V(RR)-[Fe/H] 关系呈非线性（抛物线形）。

ABSTRACT

We compare theory and observations for fundamental RR Lyrae in the solar neighborhood and in both Oosterhoff type I (OoI) and type II (OoII) Galactic globular clusters (GGCs). The distribution of cluster RR_ab in the PA_V plane depends not only on the metal abundance, but also on the cluster Horizontal Branch (HB) morphology. On average the observed k_puls parameter, connecting the period to the visual amplitude, increases when moving from metal-poor to metal-rich GGCs. However, this parameter shows marginal changes among OoI clusters with intermediate to red HB types and iron abundances -1.8<= [Fe/H] <=-1.1, whereas its value decreases in OoII clusters with the bluer HB morphology. Moreover, at [Fe/H]=-1.7+-0.1 the OoI clusters present redder HB types and larger values than the OoII clusters. The RR_ab variables in Omega Cen and in the solar neighborhood further support the evidence that the spread in [Fe/H], at fixed k_puls, is of the order of +-0.5 dex. Synthetic HB simulations show that the PA_V plane can provide accurate cluster distance estimates. The RR_ab variables in OoI and in OoII clusters with very blue HB types obey a well-defined M_V(RR)-k_puls relation, while those in OoII clusters with moderately blue HB types present a zero-point that is ~0.05 mag brighter. Regarding field variables, we show that with [Fe/H]=> -1.0 a unique M_V(RR)-k_puls relation can be adopted, independently of the parent HB morphology. Current findings suggest that the PA_V distribution does not seem to be a robust diagnostic for the metal abundance of RR_ab variables. However, the same observables can be used to estimate the absolute magnitude of globular cluster and field RR_ab variables. We show that over the metallicity range -2.4<= [Fe/H] <= 0.0 the M_V(RR)-[Fe/H] relation shows a parabolic behavior.

研究动机与目标

• 评估银河系球状星团中RR Lyrae星的周期-振幅（PA_V）关系是否为金属丰度的可靠诊断工具。
• 研究脉动参数k_puls对金属丰度和水平分支（HB）形态的依赖性。
• 确定M_V(RR)-[Fe/H]关系在整个[Fe/H] ≈ -2.5 至 0.0 金属丰度范围内是否为线性。
• 评估PA_V关系作为球状星团和场星RR Lyrae星距离指示器的适用性。
• 利用ω Cen中食双星测得的距离校准混合长度参数l/H_p。

提出的方法

• 采用不同质量、金属丰度和混合长度参数l/H_p的脉动模型，对RR Lyrae星的非线性湍流脉动进行理论建模。
• 通过合成水平分支模拟，预测不同金属丰度和Oosterhoff类型星团中水平分支形态的分布。
• 将Oosterhoff型I（OoI）和型II（OoII）星团中观测到的PA_V分布与理论预测进行比较，评估水平分支形态对k_puls的影响。
• 基于脉动模型和合成水平分支模拟，推导出基于k_puls的绝对星等M_V(RR)关系。
• 利用星团和场星RR Lyrae数据（包括[Fe/H] ≥ -1.0的富金属场星）校准M_V(RR)-[Fe/H]关系。
• 利用ω Cen的食双星测得的真实距离模数（μ₀ = 13.75 ± 0.04 mag）验证混合长度参数l/H_p。

实验结果

研究问题

• RQ1 PA_V关系是否为球状星团中RR Lyrae星金属丰度的可靠诊断工具？
• RQ2 在OoI和OoII星团中，脉动参数k_puls如何随金属丰度和水平分支形态变化？
• RQ3 在[Fe/H] ≈ -2.5 至 0.0 的全金属丰度范围内，M_V(RR)-[Fe/H]关系是否为线性？
• RQ4 PA_V关系能否作为球状星团和场星RR Lyrae星的精确距离指示器？
• RQ5 基于ω Cen的距离，RR Lyrae脉动模型的最优混合长度参数l/H_p值是多少？

主要发现

• 由于对水平分支形态强烈依赖，PA_V分布并非可靠的金属丰度诊断工具，固定k_puls下金属丰度的散布可达±0.5 dex。
• k_puls随金属丰度从贫金属到富金属星团而增加，但在具有中等至红色HB类型的OoI星团中（−1.8 ≤ [Fe/H] ≤ −1.1），变化微弱；而尽管金属丰度更高，OoII星团中蓝化HB形态的k_puls却呈下降趋势。
• 在OoI和OoII星团中，HB类型极蓝的RR Lyrae星遵循明确的M_V(RR)-k_puls关系，而HB类型中等偏蓝的OoII星团中的RR Lyrae星在固定k_puls下约亮0.05 mag。
• 在[Fe/H] ≈ −2.5 至 0.0 范围内，M_V(RR)-[Fe/H]关系并非线性，而是呈现抛物线行为，二次项系数为0.09[Fe/H]²。
• 对于[Fe/H] ≥ −1.0的场星RR Lyrae星，无论母体HB颜色分布如何，均存在单一的M_V(RR)-k_puls关系。
• 最优混合长度参数l/H_p约为1.7，因其得到的PA_V距离模数（μ₀ = 13.68 ± 0.09 mag）与ω Cen的食双星距离模数（μ₀ = 13.75 ± 0.04 mag）在1σ范围内一致。