[论文解读] The OGLE Collection of Variable Stars. Anomalous Cepheids in the Magellanic Clouds

I. Soszyński, A. Udalski+11 more|arXiv (Cornell University)|Aug 4, 2015

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 4

一句话总结

本文在大、小麦哲伦云（LMC 和 SMC）中公布了 250 颗异常造父变星（AC）的星表，其中包括首次在 SMC 中确认的 AC，以及在银河系前景中发现的四颗基 mode 异常造父变星。通过傅里叶光变曲线分解，作者证明 $φ_{21}$ 和 $φ_{31}$ 系数能有效区分 AC 与经典造父变星，尤其是在 LMC 和银河系场中；而在 SMC 中，光变曲线的相似性使分类变得复杂，可能解释了短周期造父变星中非线性周光关系的成因。

ABSTRACT

We present a collection of 250 anomalous Cepheids (ACs) discovered in the OGLE-IV fields toward the Large (LMC) and Small Magellanic Cloud (SMC). The LMC sample is an extension of the OGLE-III Catalog of ACs published in 2008, while the SMC sample contains the first known bona fide ACs in this galaxy. The total sample is composed of 141 ACs in the LMC and 109 ACs in the SMC. All these stars pulsate in single modes: fundamental (174 objects) or first overtone (76 objects). Additionally, we report the discovery of four ACs located in the foreground of the Magellanic Clouds. These are the first fundamental-mode ACs known in the Galactic field. We demonstrate that the coefficients phi_21 and phi_31 determined by the Fourier light curve decomposition are useful discriminators between classical Cepheids and ACs, at least in the LMC and in the field of the Milky Way. In the SMC, the light curve shapes and mean magnitudes of short-period classical Cepheids make them similar to ACs, which is a source of difficulties in the discrimination of both classes of pulsators. The presence of unidentified ACs in the catalogs of classical Cepheids may be partly responsible for the observed non-linearity of the period-luminosity relation observed for short-period Cepheids in the SMC. We compare spatial distributions of ACs, classical Cepheids and RR Lyr stars. We show that the distribution of ACs resembles that of old stars (RR Lyr variables), although in the LMC there are visible structures typical for young population (classical Cepheids): the bar and spiral arms. This may suggest that ACs are a mixture of relatively young stars and mergers of very old stars.

研究动机与目标

• 在 OGLE-IV 巡天观测的银河系方向大、小麦哲伦云区域中，识别并编目异常造父变星（AC）。
• 解决在 SMC 中难以区分 AC 与经典造父变星的问题，其原因在于低金属丰度导致光变曲线和平均星等相似。
• 通过分析 AC 与经典造父变星及 RR Lyrae 星的空间分布关系，探究 AC 的起源。
• 利用 OGLE-IV 巡天的测光数据，识别并表征银河系晕中的 AC，特别是基 mode 的 AC。

提出的方法

• 2010 至 2015 年间，使用拉斯坎帕纳斯天文台的 1.3 米华沙望远镜获取了时间序列的 I 和 V 波段测光数据。
• 采用差分图像分析技术进行数据处理，以提高对变星的检测灵敏度。
• 对光变曲线进行傅里叶分解，提取 $φ_{21}$ 和 $φ_{31}$ 系数，作为区分 AC 与经典造父变星的判据。
• 为 LMC 中的 AC 推导出周光（PL）关系，并与 SMC 中的周光关系进行比较，以评估脉动行为的差异。
• 分析 AC、经典造父变星和 RR Lyrae 星的空间分布，以推断其演化起源。
• 利用基于 LMC AC 校准的 $\log{P}$ – $W_{I}$ 关系估算恒星距离，假设 LMC 的距离为 49.97 kpc。

实验结果

研究问题

• RQ1 在小麦哲伦云中，异常造父变星的分布特征和本质是什么？它们与该环境中经典造父变星有何不同？
• RQ2 在 LMC 和银河系场中，傅里叶光变曲线参数 $φ_{21}$ 和 $φ_{31}$ 是否能可靠地区分异常造父变星与经典造父变星？
• RQ3 为何在 SMC 中观测到短周期造父变星的周光关系呈非线性？是否存在因误分类的 AC 导致该效应？
• RQ4 LMC 中 AC 的空间分布揭示了何种形成机制——是中等年龄的贫金属星，还是演化双星合并的产物？
• RQ5 银河系晕中的异常造父变星是否比以往认为的更常见？能否通过光变曲线形态可靠识别？

主要发现

• OGLE-IV 巡天在大麦哲伦云中发现了 141 颗异常造父变星，在小麦哲伦云中发现了 109 颗，其中包括首次在 SMC 中确认的真正 AC。
• 在麦哲伦云方向的银河系前景中识别出四颗基 mode 异常造父变星，这是首次在银河系场中发现此类天体。
• 在 LMC 和银河系场中，傅里叶系数 $φ_{21}$ 和 $φ_{31}$ 是有效区分经典造父变星与异常造父变星的判据。
• 在 SMC 中，短周期经典造父变星的光变曲线形状和平均星等与 AC 相似，导致分类困难，并可能解释了观测到的周光关系非线性现象。
• LMC 中 AC 的空间分布显示出旋臂和棒结构的痕迹，表明其为年轻星族；而 SMC 中及远离 LMC 中心大角度距离处的分布则与老星（RR Lyrae 星）相似，表明其起源具有混合特征。
• AC 在银河系晕中的存在，通过其光变曲线形态和傅里叶参数得到证实，表明其数量可能比以往认识的更多，尤其是在银河系场中。