[论文解读] Yellow Post-Asymptotic-Giant-Branch Stars as Standard Candles. I. Calibration of the Luminosity Function in Galactic Globular Clusters

Robin Ciardullo, Howard E. Bond+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 12, 2022

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 64被引用 4

一句话总结

该论文利用球状星团数据校准了黄后渐近巨支（yPAGB）星作为河外标准烛光，表明其光度函数极为紧密，平均绝对V波段星等为⟨MV⟩ = −3.37 ± 0.03，色散仅为0.10等，其测距精度高于造父变星。该方法利用其明亮且稳定的V波段星等以及独特的颜色（0.0 ≤ (B−V)₀ ≤ 0.5），可实现高效检测且污染极少，为造父变星与TRGB距离尺度提供了一种有前景的交叉检验，适用于约10 Mpc以内的距离测量。

ABSTRACT

We use results of a survey for low-surface-gravity stars in Galactic (and LMC) globular clusters to show that "yellow" post-asymptotic-giant-branch (yPAGB) stars are likely to be excellent extragalactic standard candles, capable of producing distances to early-type galaxies that are accurate to a few percent. We show that the mean bolometric magnitude of the 10 known yPAGB stars in globular clusters is <Mbol> = -3.38 +/- 0.03, a value that is ~0.2 mag brighter than that predicted from the latest post-horizontal-branch evolutionary tracks. More importantly, we show that the observed dispersion in the distribution is only 0.10 mag, i.e., smaller than the scatter for individual Cepheids. We describe the physics that can produce such a small dispersion, and show that, if one restricts surveys to the color range 0 < (B-V)0 < 0.5, then samples of non-variable yPAGB stars can be identified quite easily with a minimum of contamination. The bright absolute V magnitudes of these stars (<Mv> = -3.37) make them, by far, the visually brightest objects in old stellar populations and ideal Population II standard candles for measurements out to ~10 Mpc with current instrumentation. A Hubble Space Telescope survey in the halos of galaxies in the M81 and Sculptor groups could therefore serve as an effective cross-check on both the Cepheid and TRGB distance scales.

研究动机与目标

• 将yPAGB星校准为具有极低光度色散的可靠河外标准烛光。
• 解决宇宙距离 ladder 中的不一致性，特别是基于造父变星与TRGB的H₀测量之间的哈勃张力问题。
• 为校准Ia型超新星光度提供一种替代的高精度距离指示器。
• 证明可通过颜色-星等选择法在河外巡天中高效识别yPAGB星。

提出的方法

• 利用银河系球状星团中低表面重力恒星的V波段星等与(B−V)₀颜色识别yPAGB候选体。
• 应用Moehler等人（2019）的理论后水平分支演化轨道，解释观测到的CMD图。
• 校准了10颗已知yPAGB星的平均光度绝对星等⟨Mbol⟩ = −3.38 ± 0.03和绝对V波段星等⟨MV⟩ = −3.37。
• 定义了颜色窗口（0.0 ≤ (B−V)₀ ≤ 0.5），以隔离非变星yPAGB星并最小化污染。
• 提出使用哈勃空间望远镜WFC3/UVIS F336W滤光片探测M81和 Sculptor星系群晕中的yPAGB星。
• 评估了yPAGB巡天相对于造父变星与TRGB方法的效率，强调其低拥挤度与高亮度优势。

实验结果

研究问题

• RQ1 yPAGB星能否作为具有低固有光度色散的精确标准烛光？
• RQ2 yPAGB星在银河系球状星团中的V波段星等观测色散是多少？
• RQ3 能否通过光度颜色选择法在河外巡天中可靠识别yPAGB星？
• RQ4 yPAGB星的光度如何依赖于金属丰度与恒星族特性？
• RQ5 yPAGB星能否为造父变星与TRGB距离尺度提供独立的交叉检验？

主要发现

• 球状星团中yPAGB星的平均绝对V波段星等为⟨MV⟩ = −3.37 ± 0.03，使其成为老年星族中最明亮的可见天体。
• V波段星等的观测色散仅为0.10等，显著小于造父变星周期-光度关系中的色散。
• 平均光度绝对星等⟨Mbol⟩ = −3.38 ± 0.03比当前后HB演化模型的预测值约亮0.2等。
• yPAGB星可通过颜色范围0.0 ≤ (B−V)₀ ≤ 0.5高效选择，显著降低其他恒星类型带来的污染。
• 哈勃空间望远镜配合WFC3 F336W滤光片可在仅四次轨道内探测到M81与Sculptor星系群晕中的yPAGB星。
• yPAGB星在约10 Mpc范围内有望用于校准Ia型超新星，为盖亚视差与SN Ia光度之间提供直接联系。