[论文解读] The long-period Galactic Cepheid RS Puppis - III. A geometric distance from HST polarimetric imaging of its light echoes

P. Kervella, Howard E. Bond+9 more|Repository of the Academy's Library (Library of the Hungarian Academy of Sciences)|Aug 7, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 61被引用 7

一句话总结

本研究利用哈勃空间望远镜对RS Puppis的光回波进行偏振成像，通过线性偏振度重建三维尘埃分布，实现了对该长周期造父变星的几何距离测量，结果为1910 ± 80 pc（相对误差4.2%）。该方法提供了一个独立且对系统误差不敏感的校准点，对造父变星周光关系的零点校准具有关键意义，是宇宙距离尺度锚定的重要依据。

ABSTRACT

As one of the most luminous Cepheids in the Milky Way, the 41.5-day RS Puppis is an analog of the long-period Cepheids used to measure extragalactic distances. An accurate distance to this star would therefore help anchor the zero-point of the bright end of the period-luminosity relation. But, at a distance of about 2 kpc, RS Pup is too far away for measuring a direct trigonometric parallax with a precision of a few percent with existing instrumentation. RS Pup is unique in being surrounded by a reflection nebula, whose brightness varies as pulses of light from the Cepheid propagate outwards. We present new polarimetric imaging of the nebula obtained with HST/ACS. The derived map of the degree of linear polarization pL allows us to reconstruct the three-dimensional structure of the dust distribution. To retrieve the scattering angle from the pL value, we consider two different polarization models, one based on a Milky Way dust mixture and one assuming Rayleigh scattering. Considering the derived dust distribution in the nebula, we adjust a model of the phase lag of the photometric variations over selected nebular features to retrieve the distance of RS Pup. We obtain a distance of 1910 +/- 80 pc (4.2%), corresponding to a parallax of 0.524 +/- 0.022 mas. The agreement between the two polarization models we considered is good, but the final uncertainty is dominated by systematics in the adopted model parameters. The distance we obtain is consistent with existing measurements from the literature, but light echoes provide a distance estimate that is not subject to the same systematic uncertainties as other estimators (e.g. the Baade-Wesselink technique). RS Pup therefore provides an important fiducial for the calibration of systematic uncertainties of the long-period Cepheid distance scale.

研究动机与目标

• 提供一种不依赖传统方法（如Baade-Wesselink法）的RS Puppis几何距离测量。
• 利用精确测定的距离校准长周期造父变星周光关系的零点。
• 检验利用脉动恒星光回波进行偏振测距的可行性与准确性。
• 通过比较银河系尘埃混合模型与瑞利散射模型，评估该方法的鲁棒性。
• 确立RS Puppis作为未来宇宙距离指示器校准的基准天体。

提出的方法

• 利用哈勃空间望远镜先进巡天相机（ACS）获取RS Puppis反射星云的高分辨率偏振成像。
• 在星云范围内映射线性偏振度（pL），以推断散射几何结构并重建三维尘埃分布。
• 应用两种偏振模型：一种基于银河系尘埃混合模型，另一种假设为瑞利散射，以估算散射角。
• 利用选定星云特征的光变曲线相对于造父变星脉动周期的相位延迟，确定光行时延。
• 结合时延与散射几何结构，利用公式 d = c × Δt / (1 - cosθ) 计算距离，其中θ为散射角。
• 对模型中的不确定性进行传播分析，发现系统误差主导最终误差预算，且两种偏振模型结果具有一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 利用光回波的偏振成像能否提供一种不依赖Baade-Wesselink方法的RS Puppis几何距离？
• RQ2 不同的偏振模型（银河系尘埃混合 vs. 瑞利散射）如何影响所测距离与散射几何结构？
• RQ3 该方法的距离测量精度与准确性如何？与现有文献值相比有何差异？
• RQ4 该方法在多大程度上可推广至其他造父变星或具有类似回波结构的暂现天体？
• RQ5 所测得的距离如何有助于锚定造父变星周光关系的零点？

主要发现

• RS Puppis的几何距离测定为1910 ± 80 pc，对应视差为0.524 ± 0.022 mas，相对不确定度为4.2%。
• 两种偏振模型（银河系尘埃混合与瑞利散射）结果的一致性良好，表明几何重建具有鲁棒性。
• 采用模型参数的系统误差主导最终误差预算，而非统计噪声。
• 结果与先前测量一致，包括Kervella等人（2008年）测得的1992 ± 28 pc，但采用的是根本不同的几何方法。
• 该方法不受Baade-Wesselink法所面临系统误差的影响，因而提供了一个宝贵的独立校准锚点。
• RS Puppis是目前已知唯一嵌入致密反射性尘埃星云中的银河系造父变星，适合该方法，因此是独特且关键的校准天体。