[论文解读] RR Lyrae stars in the newly discovered ultra-faint dwarf galaxy Centaurus I

C. E. Martínez-Vázquez, W. Cerny+23 more|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 93被引用 12

一句话总结

本研究利用多 epoch 的 DECam 影像，在超低光度矮星系半人马座 I 中检测到三颗 RR Lyrae 变星——其中两颗为 RRc 型，一颗为 RRab 型。这些恒星在远离银河系晕的区域呈现空间聚集，提供了强有力的证据（4.7σ 显著性）表明其为 Cen I 的成员，从而得出精确的距离模数 μ₀ = 20.354 ± 0.002 mag（D⊙ = 117.7 ± 0.1 kpc），并确认 Cen I 为真实的超低光度矮星系，其金属丰度与其他 UFD 一致。

ABSTRACT

We report the detection of three RR Lyrae (RRL) stars (two RRc and one RRab) in the ultra-faint dwarf (UFD) galaxy Centaurus I (CenI) and two Milky Way (MW) $\delta$ Scuti/SX Phoenicis stars based on multi-epoch $giz$ DECam observations. The two RRc stars are located within 2 times the half-light radius (r$_h$) of Cen I, while the RRab star (CenI-V3) is at $\sim6$ r$_h$. The presence of three distant RRL stars clustered this tightly in space represents a 4.7$\sigma$ excess relative to the smooth distribution of RRL in the Galactic halo. Using the newly detected RRL stars, we obtain a distance modulus to Cen I of $\mu_0 = 20.354 \pm 0.002$ mag ($\sigma=0.03$ mag), a heliocentric distance of D$_\odot = 117.7 \pm 0.1$ kpc ($\sigma=1.6$ kpc), with systematic errors of $0.07$ mag and $4$ kpc. The location of the Cen I RRL stars in the Bailey diagram is in agreement with other UFD galaxies (mainly Oosterhoff II). Finally, we study the relative rate of RRc+RRd (RRcd) stars ($f_{cd}$) in UFD and classical dwarf galaxies. The full sample of MW dwarf galaxies gives a mean of $f_{cd} = 0.28$. While several UFD galaxies, such as Cen I, present higher RRcd ratios, if we combine the RRL populations of all UFD galaxies, the RRcd ratio is similar to the one obtained for the classical dwarfs ($f_{cd}$ $\sim$ 0.3). Therefore, there is no evidence for a different fraction of RRcd stars in UFD and classical dwarf galaxies.

研究动机与目标

• 确认新发现的超低光度矮星系半人马座 I 中 RR Lyrae 变星的成员身份。
• 利用 RR Lyrae 变星作为标准烛光，测量半人马座 I 的距离。
• 评估超低光度矮星系中 RRc+RRd（RRcd）变星比例与经典矮星系的差异。
• 评估 UFD 在贡献银河系晕中 RR Lyrae 恒星群体长周期尾部中的作用。

提出的方法

• 使用 Blanco 4m 望远镜上的 DECam 对半人马座 I 天区进行多 epoch 的 giz 波段成像，以探测变星。
• 应用时间序列测光与光变曲线分析，识别并分类变星，包括 RR Lyrae 型与 δ Scuti/SX Phoenicis 型。
• 通过空间聚集与自行分析，将半人马座 I 的成员星与银河系晕的前景污染星区分开。
• 利用 RR Lyrae 变星的周期-光度关系推导距离模数，通过测光、消光、[Fe/H] 与 [α/Fe] 的误差，考虑系统误差。
• 计算并比较 UFD 与经典矮星系中的 RRcd 比例（fcd），以评估脉动性质的潜在差异。
• 利用 Bailey 图对检测到的 RR Lyrae 变星进行分类，并将其周期-光度-颜色关系与其他 UFD 进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在半人马座 I 中检测到的 RR Lyrae 变星是否为星系的真实成员，还是银河系晕的前景污染星？
• RQ2 基于 RR Lyrae 标准烛光，半人马座 I 的精确距离是多少？
• RQ3 超低光度矮星系中 RRcd 星的占比是否显著不同于经典矮星系？
• RQ4 半人马座 I 中 RR Lyrae 变星的脉动特性与其他超低光度及经典矮星系中的变星相比如何？
• RQ5 超低光度矮星系在银河系晕中 RR Lyrae 恒星群体长周期尾部的形成中贡献了多少？

主要发现

• 在半人马座 I 中检测到三颗 RR Lyrae 变星——两颗 RRc 型与一颗 RRab 型，其中两颗 RRc 星位于两倍有效半径内，RRab 星（CenI-V3）位于 ∼6 倍 rh 处。
• 这三颗 RR Lyrae 变星的空间聚集在统计上显著超出银河系晕的平稳分布（4.7σ 超额），强有力支持其为 Cen I 的成员。
• 半人马座 I 的距离模数测定为 μ₀ = 20.354 ± 0.002 mag（σ = 0.03 mag），对应日心距离 D⊙ = 117.7 ± 0.1 kpc（σ = 1.6 kpc），系统误差为 0.07 mag 与 4 kpc。
• 半人马座 I 中的 RRcd 比例（fcd）与其他 UFD 及经典矮星系一致，联合 UFD 样本显示 fcd ∼ 0.3，与经典矮星系的平均值 0.28 相当。
• Cen I 中 RR Lyrae 变星在 Bailey 图中的位置与其他 UFD 一致，特别是 Oosterhoff II 型，表明其脉动特性一致。
• 结果确认半人马座 I 为真实的超低光度矮星系，其金属丰度为 [Fe/H] = −1.8 dex，恒星种群年龄超过 12.85 Gyr。