[论文解读] The distance modulus of the Large Magellanic Cloud based on double-mode RR Lyrae stars

G. Kovács|arXiv (Cornell University)|Nov 2, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 9

一句话总结

本研究利用MACHO巡天获得的大麦哲伦云（LMC）双模RR Lyrae（RRd）星，通过线性脉动模型与恒星大气模型结合一致的温度标度，确定了LMC的距离模数为18.52 mag，支持‘长’距离标度，并表明系统误差——主要来自温度零点——在不进行显著且不切实际的参数调整的情况下，无法将该值与较短距离估计相协调。

ABSTRACT

We use double-mode RR Lyrae (RRd) stars from the MACHO variable star database of the Large Magellanic Cloud (LMC) to estimate its distance, by utilizing photometric data, linear pulsation and stellar atmosphere models. If we set E_(B-V)=0.11 and [M/H]=-1.5 for LMC, we get M-m=18.52 mag, which is in agreement with the value obtained from Galactic cluster RRd stars. Although the formal statistical error (standard deviation) of M-m derived from the MACHO set is only 0.024 mag, the systematic errors are more substantial. These errors are mostly due to the zero point ambiguity of the temperature scale and to the error of the photometric calibration. However, the fact that the distance moduli obtained in this and in our former studies of cluster RRd and Small Magellanic Cloud beat Cepheids agree so well, implies that the only serious source of error is the zero point of the temperature scale, which should not have larger than +/-0.10 mag effect on the distance modulus.

研究动机与目标

• 利用MACHO巡天中大麦哲伦云（LMC）的双模RR Lyrae（RRd）星，确定LMC的距离模数。
• 评估基于RRd星的距离模数与银河系球状星团及小麦哲伦云拍音变星独立估计的一致性。
• 评估系统误差（尤其是温度零点）对推导出的距离模数的影响。
• 检验‘长’距离标度（DM ≈ 18.5）是否可通过合理参数调整与‘短’距离估计（DM ≈ 18.2）相协调。
• 验证标准恒星大气模型与脉动模型在河外系统距离测定中的适用性。

提出的方法

• 利用MACHO巡天对LMC中181颗RRd星的多色测光数据（V和Rc）。
• 应用线性脉动模型，将光度与周期（P0, P1）、有效温度（Teff）和金属丰度[M/H]关联。
• 采用Castelli等人（1997）的恒星大气模型所得的颜色–温度关系，并以Blackwell与Lynas-Gray（1994）的红外流量法（IRFM）进行校准。
• 使用Kovács与Walker（1999）的总光校正公式，将模型光度转换为绝对星等。
• 通过比较模型绝对星等与观测视星等，推导距离模数。
• 采用一致的温度零点（BLG94标度），并评估Teff、E(B-V)、[M/H]及周期比值不确定性对结果的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 当使用脉动与大气模型时，基于双模RR Lyrae星测定的LMC距离模数是多少？
• RQ2 基于RRd星的距离模数与银河系球状星团及SMC拍音变星的独立估计相比如何？
• RQ3 RRd距离测定中的主要系统误差来源是什么？该误差能否调和‘长’与‘短’距离标度之间的差异？
• RQ4 是否需要对有效温度零点进行显著调整，才能使RRd推导出的距离模数与‘短’距离标度一致？
• RQ5 在金属丰度、消光与测光校准不确定性下，该结果的稳健性如何？

主要发现

• 利用MACHO巡天中181颗RRd星，确定LMC的距离模数为18.52 mag。
• 距离模数的统计误差为0.024 mag，表明大样本量带来的高精度。
• 系统误差——主要来自温度零点与测光校准——大于统计误差，对距离模数的影响可能达±0.10 mag。
• 该结果与银河系RRd星及SMC拍音变星的独立估计高度一致，所有结果均显示DM ≈ 18.5 mag。
• 若要将距离模数降至‘短’标度（18.2 mag），需将温度标度调整300 K，但根据当前IRFM校准，此调整被认为不切实际。
• 多个独立数据集的一致性表明‘长’距离标度具有稳健性，若要与‘短’标度调和，需对温度或金属丰度进行剧烈改变。