[论文解读] The Araucaria Project. Distances to Nine Galaxies Based on a Statistical Analysis of their Carbon Stars (JAGB Method)

Bartłomiej Zgirski, G. Pietrzyński+14 more|arXiv (Cornell University)|May 5, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 36被引用 29

一句话总结

本文使用LMC红外数据对JAGB方法进行标定，并对J波段光度函数拟合高斯+二次项，以确定九个近邻星系的距离，并将结果与 Cepheid 距离进行比较。

ABSTRACT

Our work presents an independent calibration of the J-region Asymptotic Giant Branch (JAGB) method using Infrared Survey Facility (IRSF) photometric data and a custom luminosity function profile to determine JAGB mean magnitudes for nine galaxies. We determine a mean absolute magnitude of carbon stars of $M_{LMC}=-6.212 \\pm 0.010$ (stat.) $\\pm 0.030$ (syst.) mag. We then use near-infrared photometry of a number of nearby galaxies, originally obtained by our group to determine their distances from Cepheids using the Leavitt law, in order to independently determine their distances with the JAGB method. We compare the JAGB distances obtained in this work with the Cepheid distances resulting from the same photometry and find very good agreement between the results from the two methods. The mean difference is 0.01 mag with an rms scatter of 0.06 mag after taking into account seven out of the eight analyzed galaxies that had their distances determined using Cepheids. The very accurate distance to the Small Magellanic Cloud (SMC) based on detached eclipsing binaries (Graczyk et al. 2020) is also in very good agreement with the distance obtained from carbon stars.

研究动机与目标

• 以LMC作为基准星系，对JAGB碳星的J波段平均等亮度进行稳健估计来校准JAGB方法。
• 利用现有近红外光度测量，将经校准的JAGB方法应用于九个近邻星系。
• 将JAGB推导的距离与同一数据集的Cepheid距离进行比较，以评估精度和系统误差。
• 评估结果对样本选择、红外消光校正和潜在污染的敏感性。

提出的方法

• 通过对J波段数据拟合含高斯成分和二次项的光度函数，来定义JAGB的平均星等。
• 使用颜色截断来选择JAGB恒星，条件为1.30 < (J-K) < 2.0等光度（在污染情况中为1.45 < (J-K) < 2.0等光度）。
• 对所有星系采用统一的J波段箱宽ΔJ0 = 2.5 mag。
• 使用μ0 = 18.477 mag的LMC距离模量对绝对JAGB星等进行标定，得到MLMC = -6.212 ± 0.010 (stat) ± 0.030 (syst) mag。
• 将JAGB距离与同一光度测量中得到的Cepheid距离进行比较，并将Cepheid距离锚定到最新的LMC距离。

实验结果

研究问题

• RQ1 由高斯+二次项光度函数拟合得到的J波段JAGB平均星等，是否能在近邻星系中提供与Cepheid距离一致的距离模量？
• RQ2 在使用相同光度数据的情况下，多个星系中JAGB推导的距离与Cepheid距离的一致程度如何？
• RQ3 JAGB距离测定对样本选择、红化和污染的鲁棒性如何？
• RQ4 基于LMC的JAGB标定是否与独立距离（如SMC eclipsing-binary测量）一致？
• RQ5 JAGB距离尺度的主要系统性不确定性来源是什么？

主要发现

• 基于LMC的JAGB绝对星等为 M_LMC = -6.212 ± 0.010 (stat) ± 0.030 (syst) mag。
• JAGB距离九个星系与Cepheid距离高度一致，平均差约0.01 mag，rms约0.06 mag，排除NGC 247后。
• 使用标定的M_JAGB的SMC JAGB距离与Graczyk等人(2020)的二极食双星距离一致。
• 对于大多数星系，JAGB和Cepheid距离模量在不确定性内一致，排除NGC 247后，总体剩余分散较小。
• 小样本量和污染会增加自助法推导的不确定性，但更大样本可以提高<J0>确定的稳定性和距离精度。
• 该方法通过光度函数拟合中的二次项来考虑偏斜和污染，与纯高斯拟合相比提高了鲁棒性。