[论文解读] The effect of metallicity on the Cepheid distance scale and its implications for the Hubble constant ($H_0$) determination

Jean‐Philippe Beaulieu, Dimitar Sasselov+31 more|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 1996

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用 3

一句话总结

本文表明，金属丰度显著影响造父变星的周光关系，尤其是在V波段和I波段，且校正此效应可调和此前存在分歧的哈勃常数（$H_0$）估计值。利用ERO微引力透镜巡天对大、小麦哲伦云中481颗造父变星的300万组双色测光测量数据，作者发现，金属丰度依赖的校正可使高、低$H_0$值在$H_0 \approx 70\ \text{km/s Mpc}^{-1}$附近达成一致。

ABSTRACT

Recent HST determinations of the expansion's rate of the Universe (the Hubble constant, H_0) assumed that the Cepheid Period-Luminosity relation at V and I are independent of metallicity (Freedman, et al., 1996, Saha et al., 1996, Tanvir et al., 1995). The three groups obtain different vales for H_0. We note that most of this discrepancy stems from the asumption (by both groups) that the Period-Luminosity relation is independent of metallicity. We come to this conclusion as a result of our study of the Period-Luminosity relation of 481 Cepheids with 3 millions two colour measurements in the Large Magellanic Cloud and the Small Magellanic Cloud obtained as a by-product of the EROS microlensing survey. We find that the derived interstellar absorption corrections are particularly sensitive to the metallicity and when our result is applied to recent estimates based on HST Cepheids observations it makes the low-H_0 values higher and the high-H_0 value lower, bringing those discrepant estimates into agrement around $H_0 \approx 70 km/s Mpc^{-1}$.

研究动机与目标

• 研究金属丰度对V波段和I波段造父变星周光关系的影响。
• 解决由哈勃空间望远镜造父变星观测得出的哈勃常数（$H_0$）估计值之间的分歧。
• 确定星际消光和光度标定中的金属丰度依赖校正是否能调和冲突的$H_0$值。
• 利用ERO巡天的高精度测光数据，提供经过金属丰度校正的造父变星距离尺度。

提出的方法

• 分析ERO微引力透镜巡天对大、小麦哲伦云中481颗造父变星的300万组双色测光测量数据。
• 利用V波段和I波段的周光关系评估金属丰度依赖性，特别是在星际消光校正的背景下。
• 将金属丰度依赖校正应用于基于HST的造父变星数据，以重新校准距离模数。
• 将重新校准后的$H_0$值与原始估计值进行比较，以评估其收敛性。
• 利用ERO巡天的高时间分辨率、长基线测光数据，提高造父变星周期和光度测量的准确性。
• 将金属丰度效应纳入消光律和光度零点校准中，以减少距离测定中的系统误差。

实验结果

研究问题

• RQ1 金属丰度是否显著影响V波段和I波段造父变星的周光关系？
• RQ2 金属丰度依赖校正如何影响造父变星距离测量中的星际消光估计？
• RQ3 在多大程度上考虑金属丰度可减少高、低哈勃常数（$H_0$）估计值之间的分歧？
• RQ4 金属丰度校正是否能调和由哈勃空间望远镜造父变星观测得出的$H_0$值？
• RQ5 在对造父变星距离尺度应用金属丰度校正后，最终的$H_0$值是多少？

主要发现

• V波段和I波段的造父变星周光关系并非与金属丰度无关，这与此前哈勃常数测定中的假设相反。
• 星际消光校正对金属丰度极为敏感，尤其是在造父变星距离尺度的背景下。
• 对基于HST的造父变星数据应用金属丰度校正后，低$H_0$估计值上升，高$H_0$估计值下降，从而减小了两者之间的分歧。
• 校正后，哈勃常数收敛至$H_0 \approx 70\ \text{km/s Mpc}^{-1}$，解决了早期估计值之间的张力。
• ERO巡天对大、小麦哲伦云中481颗造父变星的高精度测光数据，为周光关系中的金属丰度依赖性提供了有力证据。
• 本研究证明，必须在造父变星距离尺度校准中纳入金属丰度效应，以避免$H_0$测定中的系统误差。