[论文解读] The Optical Gravitational Lensing Experiment. Small Amplitude Variable Red Giants in the Magellanic Clouds

I. Soszyński, A. Udalski+6 more|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2004

Astronomical Observations and InstrumentationEngineering被引用 21

一句话总结

本文利用 OGLE-II 和 OGLE-III 的光度观测数据，分析了大、小麦哲伦云中的小振幅变星红巨星（OSARGs），识别出两个不同的脉动族群。研究发现，位于红巨星分支尖端（TRGB）之下的恒星是首次上升红巨星分支（RGB）与第二次上升渐近巨星分支（AGB）恒星的混合体，且小麦哲伦云与银河系银心区域的脉动特性极为相似，表明不同金属丰度环境下存在普遍的脉动机制。

ABSTRACT

We present analysis of the large sample of variable red giants from the Large and Small Magellanic Clouds detected during the second phase of the Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE-II) and supplemented with OGLE-III photometry. Comparing pulsation properties of detected objects we find that they constitute two groups with clearly distinct features. In this paper we analyze in detail small amplitude variable red giants (about 15400 and 3000 objects in the LMC and SMC, respectively). The vast majority of these objects are multi-periodic. At least 30% of them exhibit two modes closely spaced in the power spectrum, what likely indicates non-radial oscillations. About 50% exhibit additional so called Long Secondary Period. To distinguish between AGB and RGB red giants we compare PL diagrams of multi-periodic red giants located above and below the tip of the Red Giant Branch (TRGB). The giants above the TRGB form four parallel ridges in the PL diagram. Among much more numerous sample of giants below the TRGB we find objects located on the low luminosity extensions of these ridges, but most of the stars are located on the ridges slightly shifted in logP. We interpret the former as the second ascent AGB red giants and the latter as the first ascent RGB objects. Thus, we empirically show that the pulsating red giants fainter than the TRGB are a mixture of RGB and AGB giants. Finally, we compare the Petersen diagrams of the LMC, SMC and Galactic bulge variable red giants and find that they are basically identical indicating that the variable red giants in all these different stellar environments share similar pulsation properties.

研究动机与目标

• 表征大、小麦哲伦云中小振幅变星红巨星（OSARGs）的脉动特性。
• 利用周期-光度（PL）图区分首次上升红巨星分支（RGB）与第二次上升渐近巨星分支（AGB）的红巨星。
• 比较小麦哲伦云与银河系银心区域 OSARGs 的脉动行为，评估环境依赖性。
• 确定观测到的周期-振幅关系与 Petersen 图是否指示非球对称振荡或由对流驱动的脉动。

提出的方法

• 使用 OGLE-II 和 OGLE-III 巡天的光度数据，覆盖大、小麦哲伦云，具有多历元观测。
• 通过周期图分析识别脉动周期与振幅，特别关注多周期恒星及频率对非常接近的星体。
• 为 TRGB 之上与之下的恒星构建周期-光度（PL）图，揭示出明显的脊状结构。
• 利用 Petersen 图比较不同恒星族群与环境中的周期比。
• 根据周期-振幅关系与 PL 图形态将样本划分为不同组别，以推断其演化状态。
• 与 Wray 等人（2004）研究的银河系银心 OSARGs 进行比较，利用 Petersen 图与周期-振幅图评估不同环境间的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 小麦哲伦云中的小振幅变星红巨星是否主要为首次上升 RGB 恒星或第二次上升 AGB 恒星？
• RQ2 有多少比例的 OSARGs 在功率谱中表现出频率对非常接近的特征，从而表明存在非球对称振荡？
• RQ3 OSARGs 在 TRGB 之上与之下的周期-光度关系有何不同？它们揭示了哪些恒星演化信息？
• RQ4 尽管金属丰度与距离存在差异，小麦哲伦云与银河系银心区域 OSARGs 的脉动特性是否本质上相同？
• RQ5 银河系银心 OSARG 样本中观测到的两条独立周期-振幅序列，能否由 RGB 与 AGB 恒星的混合来解释？

主要发现

• 在大、小麦哲伦云中分别识别出约 15,400 颗与 3,000 颗小振幅变星红巨星。
• 至少 30% 的 OSARGs 展现出两个非常接近的脉动模式，表明存在非球对称振荡。
• 位于 TRGB 之上的恒星在 PL 图中形成四条平行脊状结构，解释为第二次上升 AGB 恒星。
• 位于 TRGB 之下的恒星是首次上升 RGB 恒星（略有偏移的脊）与第二次上升 AGB 恒星（脊的低光度延伸）的混合体。
• 小麦哲伦云、大麦哲伦云与银河系银心区域 OSARGs 的 Petersen 图几乎完全一致，表明不同恒星环境中的脉动特性极为相似。
• 银河系银心 OSARG 样本中观测到的两条独立周期-振幅序列分别对应于 b3 与 b2 序列，而 b4 序列与 TRGB 之下更暗的 AGB 恒星相匹配。