[论文解读] The Open Cluster Distance Scale: A New Empirical Approach

S. M. Percival, M. Salaris+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 13, 2003

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 37被引用 25

一句话总结

本研究提出一种模型无关的主序星（MS）拟合方法，利用54颗具有精确Hipparcos视差的G型和K型恒星的高精度$BV(RI)_C$测光数据，重新校准了疏散星团的距离。该方法通过表明光谱金属丰度值高于光谱学测量值的星团（如昴星团和NGC 2516）的测光金属丰度——低于光谱学值——可使MS拟合距离与Hipparcos视差距离达成一致，从而解决了长期存在的Hipparcos视差与MS拟合距离之间的不一致问题，指出这种不一致的根本原因在于金属丰度标度的不匹配。

ABSTRACT

We present new BVRI photometry for a sample of 54 local G and K stars with accurate Hipparcos parallaxes in the metallicity range -0.4 < [Fe/H] < +0.3. We use this sample to develop a completely model-independent main sequence (MS) fitting method which we apply to 4 open clusters - the Hyades, Praesepe, the Pleiades and NGC 2516 - which all have direct Hipparcos parallax distance determinations. Comparison of our MS-fitting results with distances derived from Hipparcos parallaxes enables us to explore whether the discrepancy between the Hipparcos distance scale and other MS-fitting methods found for some clusters is a consequence of model assumptions. We find good agreement between our results and the Hipparcos ones for the Hyades and Praesepe. For the Pleiades and NGC 2516, when adopting the solar abundance determined from spectroscopy, we find significant disagreement at a level similar to that found by other MS-fitting studies. However, the colour-colour relationship for both these clusters suggests that their metallicity is significantly subsolar. Since the MS-fitting method relies on matching the cluster colours to a template MS, we argue that, when applying this method, the appropriate metallicity to adopt is the photometric subsolar one, not the solar abundance indicated by spectroscopy. Adopting photometric metallicities for all 4 clusters, we find complete agreement with the Hipparcos results and hence we conclude that the mismatch between the spectroscopic and photometric abundances for the Pleiades and NGC 2516 is responsible for the discrepancies in distance estimates found by previous studies. The origin of this mismatch in abundance scales remains an unsolved problem and some possible causes are discussed.

研究动机与目标

• 开发一种基于本地场星且具有精确Hipparcos视差的模型无关MS拟合方法，用于疏散星团距离测定。
• 探究年轻疏散星团中Hipparcos视差距离与MS拟合距离之间长期存在的不一致的根源。
• 检验昴星团和NGC 2516等星团中光谱学与测光金属丰度之间的不匹配是否为距离不一致的原因。
• 评估星冕活动或自转效应是否可解释MS拟合中异常的星团颜色。
• 通过采用测光金属丰度而非光谱学金属丰度，实现MS拟合距离与Hipparcos结果的一致性。

提出的方法

• 获取了54颗本地G型和K型恒星的新的$BV(RI)_C$测光数据，这些恒星具有精确的Hipparcos视差，金属丰度范围为$-0.4 \text{ 至 } +0.3$。
• 利用这些本地恒星作为零点参考，构建了模型无关的主序星模板，用于MS拟合。
• 将MS拟合方法应用于四个疏散星团——毕宿星团、鬼宿星团、昴星团和NGC 2516——基于其观测的CMD数据。
• 将所得的MS拟合距离与直接的Hipparcos视差距离进行比较，以评估一致性。
• 通过颜色-颜色关系评估星团金属丰度，推导出测光[Fe/H]值，并与光谱学估计值进行对比。
• 改用测光金属丰度而非光谱学金属丰度重新计算MS拟合距离，以检验其与Hipparcos结果的一致性是否改善。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何昴星团和NGC 2516的MS拟合距离与Hipparcos视差距离不一致，而毕宿星团和鬼宿星团却一致？
• RQ2 MS拟合与Hipparcos距离之间的不一致是否源于MS拟合方法中金属丰度假设的错误？
• RQ3 昴星团和NGC 2516的测光颜色-颜色关系是否表明其金属丰度显著低于太阳，与光谱学估计值不一致？
• RQ4 年轻恒星中星冕活动或自转效应是否可能在MS拟合中导致用于颜色指数的星团系统性偏移？
• RQ5 通过采用测光金属丰度而非光谱学金属丰度，能否在疏散星团中实现一致的距离标度？

主要发现

• 使用具有精确Hipparcos视差的本地场星进行MS拟合，当采用光谱学金属丰度时，对毕宿星团和鬼宿星团的拟合距离与Hipparcos视差距离高度一致。
• 对于昴星团和NGC 2516，当使用光谱学[Fe/H]时，发现距离模数存在约0.3等的显著差异，与先前研究一致。
• 昴星团和NGC 2516的颜色-颜色关系表明其测光[Fe/H]显著低于太阳，提示其为次太阳金属丰度。
• 采用测光金属丰度（如昴星团[Fe/H] ≈ -0.15）而非光谱学值，可使MS拟合距离与Hipparcos距离完全一致。
• 本研究得出结论：光谱学与测光金属丰度之间的不匹配——尤其在年轻星团中——是导致距离差异的主要原因。
• 光谱学与测光金属丰度不匹配的根源仍未明确，可能与星冕活动、自转或丰度标度的系统性误差有关。