Оценка точности параметров звездных атмосфер и межзвездного поглощения из высокоточных данных широкополосной фотометрии

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Представлен анализ точности оценки звездных параметров (эффективной температуры Teff, ускорения силы тяжести log g, металличности [Fe/H], углового диаметра θ) и избытка цвета E(B–V), получаемых методом минимизации х2 при использовании данных широкополосной фотометрии, на примере фотометрических систем Джонсона–Казинса, 2MASS и моделей звездных атмосфер ATLAS9. Метод протестирован на внутреннюю точность и с использованием реальных объектов: отдельных звезд и звезд скоплений. Для получения приемлемых результатов требуется высокая точность фотометрии (σm < 0.01… 0.015m), при которой ошибки составляют σTeff ≈ 2–5%, σlog g ≈ 0.6, σ [Fe/Н] ≈ 1, σθ ≈ 2% и σE(B–V) ≈ 0.02–0.07m для звезд с Teff < 8000 К. Для более горячих звезд – aTeff до 10%, σlog g ≈ 0.6 dex, σθ ≈ 3%, σE(B–V) ≈ 0.02–0.07m, но определение металличности становится невозможным. Показана возможность использования метода для оценки избытка цвета в звездных полях. Обсуждаются ограничения метода.

Keywords

Full Text

Restricted Access

About the authors

Ю. В. Пахомов

Институт астрономии РАН

Author for correspondence.
Email: pakhomov@inasan.ru
Russian Federation, Москва

References

  1. Алленде Прието (C. Allende Prieto), Astron. Astrophys. 595, A129 (2016).
  2. Алонсо и др. (A. Alonso, S. Arribas, and C. Martnez-Roger), Astron. Astrophys. Suppl. Ser. 140, 261 (1999).
  3. Ан и др. (D. An, M.H. Pinsonneault, T. Masseron, F. Delahaye, J.A. Johnson, D.M. Terndrup, T.C. Beers, I.I. Ivans, and Z. Ivezic), Astrophys. J. 700, 523 (2009).
  4. Арену и др. (F. Arenou, M. Grenon, and A. Gomez), Astron. Astrophys. 258, 104 (1992).
  5. Байлер-Джонс (C.A.L. Bailer-Jones), Astron. Soc. Pacific 127, 994 (2015).
  6. Байо и др. (A. Bayo, C. Rodrigo, D. Barrado Y Navascués, et al.), Astron. Astrophys. 492, 277 (2008).
  7. Беликов, Росер (A.N. Belikov and S. Röser), 489, 1107 (2008).
  8. Бессель (M.S. Bessell), Publ. Astron. Soc. Pacific 102, 1181 (1990).
  9. Бессель и др. (M.S. Bessell, F. Castelli, and B. Plez) Astron. Astrophys. 333, 231 (1998).
  10. Бессель, Бретт (M.S. Bessell and J.M. Brett), Publ. Astron. Soc. Pacific 100, 1134 (1988).
  11. Блэквелл, Шаллис (D.E. Blackwell and M.J. Shallis), MNRAS 180, 177 (1977).
  12. Бостанци и др. (Z.F. Bostanc, T. Ak, T. Yontan, S. Bilir, T. Guver, S. Ak, O. Cakirli, O. Ozdarcan, et al.), MNRAS 453, 1095 (2015).
  13. Браун и др. (W.R. Brown, T.C. Beers, R. Wilhelm, C. Allende Prieto, M.J. Geller, S.J. Kenyon, and M.J. Kurtz), Astron. J. 135, 564 (2008).
  14. Будер и др. (S. Buder, M. Asplund, L. Duong, J. Kos, K. Lind, M.K. Ness, S. Sharma, J. Bland-Hawthorn, et al.), MNRAS 478, 4513 (2018).
  15. Будер и др. (S. Buder, S. Sharma, J. Kos, A.M. Amarsi, Th. Nordlander, K. Lind, S.L. Martell, M. Asplund, et al.), MNRAS 506, 150 (2021).
  16. Валленари и др. (Gaia Collaboration; A. Vallenari, A.G.A. Brown, T. Prusti, J.H.J. de Bruijne, F. Arenou, C. Babusiaux, M. Biermann, O.L. Creevey, et al.), Astron. Astrophys. 674, 1 (2023).
  17. Ванденберг и др. (Don A. VandenBerg, K. Brogaard, R. Leaman, and L. Casagrande), Astrophys. J. 775, 134 (2013).
  18. Венгер и др. (M. Wenger, F. Ochsenbein, D. Egret, P. Dubois, F. Bonnarel, S. Borde, F. Genova, G. Jasniewicz, et al.), Astron. Astrophys. Suppl. Ser. 143, 9 (2000).
  19. Вуди, Шлауфман (T. Woody and K.C. Schlaufman), Astron. J. 162, 42 (2021).
  20. Гайдос и др. (E. Gaidos, A.W. Mann, S. Lépine, A. Buccino, D. James, M. Ansdell, R. Petrucci, P. Mauas, and E.J. Hilton), MNRAS 443, 2561 (2014).
  21. Гончаров Г.А., Письма в Астрон. журн. 43, 512 (2017) [G.A. Gontcharov, Astron. Lett. 43, 472 (2017)].
  22. Дериx и др. (M. Dierickx, R. Klement, H.-W. Rix, and Chao Liu), Astrophys. J. 725, L186 (2010)
  23. Диас и др. (W.S. Dias, B.S. Alessi, A. Moitinho, and J.R.D. Lepine), Astron. Astrophys. 389, 871 (2002).
  24. Диас и др. (W.S. Dias, H. Monteiro, A. Moitinho, J.R.D. Lepine, G. Carraro, E. Paunzen, B. Alessi, and L. Villela), MNRAS 504, 356 (2021).
  25. Донор и др. (J. Donor, P.M. Frinchaboy, K. Cunha, J.E. O’Connell, C. Allende Prieto, A. Almeida, F. Anders, R. Beaton, et al.), Astron. J. 159, 199 (2020).
  26. Доттер и др. (A. Dotter, A. Sarajedini, J. Anderson, A. Aparicio, L.R. Bedin, B. Chaboyer, S. Majewski, A. Marin-Franch, et al.), Astrophys. J. 708, 698 (2010).
  27. Дриллинг и др. (J.S. Drilling, C.S. Jeffery, U. Heber, S. Moehler, and R. Napiwotzki), Astron. Astrophys. 551, A31 (2013).
  28. Йонссон и др. (H. Jönsson, J.A. Holtzman, C. Allende Prieto, K. Cunha, D.A. Garcia-Hernandez, S. Hasselquist, Th. Masseron, Y. Osorio, et al.), Astron. J. 160, 120 (2020).
  29. Касагранде, Ванденберг (L. Casagrande and D.A. VandenBerg), MNRAS 479, L102 (2018).
  30. Кейроз и др. (A.B.A. Queiroz, F. Anders, B.X. Santiago, et al.), MNRAS 476, 2556 (2018).
  31. Ким и др. (S. Kim, B. Lim, M.S. Bessell, J.S. Kim, and H. Sung), Astron. J. 162, 140 (2021).
  32. Кирби и др. (E.N. Kirby, J.L. Xie, R. Guo, M. Kovalev, and M. Bergemann), Astrophys. J. Suppl. Ser. 237, 18 (2018).
  33. Кордопатис и др. (G. Kordopatis, G. Gilmore, M. Steinmetz, C. Boeche, G.M. Seabroke, A. Siebert, T. Zwitter, J. Binney, et al.), Astron. J. 146, 134 (2013).
  34. Кохен и др. (M. Cohen, R.G. Walker, B. Carter, P. Hammersley, M. Kidger, and K. Noguchi), Astron. J. 117, 1864 (1999).
  35. Крузалебес и др. (P. Cruzalèbes, R.G. Petrov, S. Robbe-Dubois, J. Varga, L. Burtscher, F. Allouche, P. Berio, K.-H. Hofmann, et al.), MNRAS 490, 3158 (2019).
  36. Ландольт (A.U. Landolt), Astron. J. 78, 959 (1973).
  37. Ландольт (A.U. Landolt), Astron. J. 137, 4186 (2009).
  38. Ли и др. (Y. Lee, T.C. Beers, C. Bailer-Jones, H.J. Newberg, M. Subbarao, and D. Surendran), Am. Astron. Soc. Meet. 207, 131.04 (2005).
  39. Линдегрен и др. (L. Lindegren, U. Bastian, M. Biermann, A. Bombrun, A. de Torres, E. Gerlach, R. Geyer, J. Hernandez, et al.), Astron. Astrophys. 649, A4 (2021).
  40. Лоренцо-Гутиеррез и др. (A. Lorenzo-Gutiérrez, E.J. Alfaro, J. Maz Apellániz, R.H. Barba, A. Marin-Franch, A. Ederoclite, D. Cristobal-Hornillos, J. Varela, et al.), MNRAS 494, 3342 (2020).
  41. Лэйден и др. (A.C. Layden, A. Sarajedini, T. von Hippel, and A.M. Cool), Astrophys. J. 632, 266 (2005).
  42. Магрини и др. (L. Magrini, N. Lagarde, C. Charbonnel, E. Franciosini, S. Randich, R. Smiljanic, G. Casali, C. Viscasillas Vazquez, et al.), Astron. Astrophys. 651, A84 (2021).
  43. МакДональд и др. (I. McDonald, A.A. Zijlstra, and M.L. Boyer), MNRAS 427, 343 (2012).
  44. МакКолл (M.L. McCall), Astron. J. 128, 2144 (2004).
  45. Мартин (J.C. Martin), Astron. J. 128, 2474 (2004).
  46. Матис (J.S. Mathis), Ann. Rev. Astron. Astrophys. 28, 37 (1990).
  47. Монгуио и др. (M. Monguió, F. Figueras, and P. Grosbøl), Astron. Astrophys. 568, A119 (2014).
  48. Несс и др. (M. Ness, D.W. Hogg, H.-W. Rix, M. Martig, M.H. Pinsonneault, and A.Y.Q. Ho), Astrophys. J. 823, 114 (2016).
  49. Паунзен и др. (E. Paunzen, U. Heiter, M. Netopil, and C. Soubiran), Astron. Astrophys. 517, A32 (2010).
  50. Рамирез, Мелендез (I. Ramrez and J. Meléndez), Astrophys. J. 626, 465 (2005).
  51. Романо и др. (D. Romano, L. Magrini, S. Randich, G. Casali, P. Bonifacio, R.D. Jeffries, F. Matteucci, E. Franciosini, et al.), Astron. Astrophys. 653, A72 (2021).
  52. Саларис, Вейсс (M. Salaris and A. Weiss), Astron. Astrophys. 388, 492 (2002).
  53. Сан и др. (Q. Sun, C.P. Deliyannis, B.A. Twarog, B.J. Anthony-Twarog, and A. Steinhauer), Astron. J. 159, 246 (2020).
  54. Сан и др. (M. Sun, B. Chen, H. Guo, H. Zhao, M. Yang, and W. Cui), Astron. J. 166, 126 (2023).
  55. Сантос, Пиатти (J.F.C. Jr. Santos and A.E. Piatti), Astron. Astrophys. 428, 79 (2004).
  56. Сильва, Напивотцки (M.D.V. Silva and R. Napiwotzki), 411, 2596 (2011).
  57. Синнерстад (U. Sinnerstad), Astron. Astrophys. Suppl. Ser. 40, 395 (1980).
  58. Сит, Несс (T. Sit and M.K. Ness), Astrophys. J. 900, 4 (2020).
  59. Скрутски и др. (M.F. Skrutskie, R.M. Cutri, R. Stiening, M.D. Weinberg, S. Schneider, J.M. Carpenter, C. Beichman, R. Capps, et al.), Astron. J. 131, 1163 (2006).
  60. Стейнмец и др. (M. Steinmetz, G. Guiglion, P.J. McMillan, G. Matijevic, H. Enke, G. Kordopatis, T. Zwitter, M. Valentini, et al.), Astron. J. 160, 83 (2020).
  61. Стритзингер и др. (M. Stritzinger, N.B. Suntzeff, M. Hamuy, P. Challis, R. Demarco, L. Germany, and A.M. Soderberg), Publ. Astron. Soc. Pacific 117, 810 (2005).
  62. Субиран и др. (C. Soubiran, J.-F. Le Campion, N. Brouillet, and L. Chemin), Astron. Astrophys. 591, A118 (2016).
  63. Торра и др. (J. Torra, F. Figueras, C. Jordi, and G. Rossello), Astrophys. Space Sci. 170, 251 (1990).
  64. Флетчер (R. Fletcher), Practical methods of optimization (John Wiley & Sons, Ltd, 1987).
  65. Харченко и др. (N.V. Kharchenko, A.E. Piskunov, E. Schilbach, S. Roser, and R.-D. Scholz), Astron. Astrophys. 558, A53 (2013).
  66. Харченко и др. (N.V. Kharchenko, A.E. Piskunov, E. Schilbach, S. Roser, and R.-D. Scholz), Astron. Astrophys. 585, A101 (2016).
  67. Хорта и др. (D. Horta, R.P. Schiavon, J.T. Mackereth, T.C. Beers, J.G. Fernandez-Trincado, P.M. Frinchaboy, D.A. Garcia-Hernandez, D. Geisler, et al.), MNRAS 493, 3363 (2020).
  68. Хук, Свифт (N. Houk and C. Swift), Michigan Spectral Survey 5 (1999).
  69. Цвиттер и др. (T. Zwitter, G. Matijevič, M.A. Breddels, M.C. Smith, A. Helmi, U. Munari, O. Bienayme, J. Binney, et al.), Astron. Astrophys. 522, A54 (2010).
  70. Чой и др. (J. Choi, A. Dotter, C. Conroy, M. Cantiello, B. Paxton, and B.D. Johnson), Astrophys. J. 823, 102 (2016).
  71. Шлафли и др. (E.F. Schlafly, G. Green, D.P. Finkbeiner, M. Juric, H.-W. Rix, N.F. Martin, W.S. Burgett, K.C. Chambers, et al.), Astrophys. J. 789, 15 (2014).
  72. Шлафли, Финкбейнер (E.F. Schlafly and D.P. Finkbeiner), Astrophys. J. 737, 103 (2011).
  73. Шлегель и др. (D.J. Schlegel, D.P. Finkbeiner, and M. Davis), Astrophys. J. 500, 525 (1998).
  74. де Боер и др. (T.J.L. de Boer, V. Belokurov, T.C. Beers, and Y.S. Lee), Astrophys. J. 443, 658 (2014).
  75. де Ягер, Ниеуwенхузен (C. de Jager and H. Nieuwenhuijzen), MNRAS 177, 217 (1987).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Distribution of RMS errors in the Teff–E(B—V) diagram calculated using UBVRIJHK magnitudes for parameters 72 K, E(B—V) = 0.5, log g = 4.5, [Fe/H] = 0. The RMS error values ​​in magnitudes are shown as labels on the contour lines.

Download (131KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Positions of the test points on the two-color diagram calculated for [Fe/H] = 0 and log g = 4. The points on the curve correspond to the logarithmic temperature scale in the model grid. Straight lines indicate the directions of reddening and highlight the region of ambiguous solutions.

Download (74KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Distributions of the reconstructed parameters obtained by the developed minimization method for the N2 point (69 K). The synthetic magnitudes are noisy with errors of 0.005m for UBVRI and 0.02m for JHK. The model name in the format Teff / E(B–V) / log g / [Fe/H] is given at the top of each row. The mean and variance are shown in the cell for each parameter. The asymmetric Gaussian approximation is marked with a red dashed line. The right-hand graphs show the distribution of the root-mean-square errors calculated for the UBVRI bands only in gray. The distributions for all test points are available in the supplementary materials.

Download (885KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Distributions of deviations of the obtained parameters for different temperatures. The first column presents data using bands, the second — , and the last — . Two variants are shown for the color excess: for values ​​E(B–V) = 0 and E(B–V) = 0.5. The peak on log corresponds to the boundary value log g = 5.0.

Download (551KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependences of parameter errors on the effective temperature of the star. Open symbols are the left part of the distribution relative to the maximum, filled symbols are the right part. The case UBVRIJHK is marked by circles, UBVRI by squares and BVRIJHK by triangles.

Download (151KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Distribution of x2 values ​​calculated for 1000 noisy tests for the original parameters (Teff/log g/[Fe/H]/69 K/4.5/0/0.5). The dotted and solid lines are the theoretical x2 distributions for degrees of freedom equal to 3 and 4, respectively.

Download (89KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Distributions of parameters obtained from photometry data for Vega (top) and Sirius (bottom). The values ​​of systematic and random errors are given at the top of each graph. The average values ​​of other authors are marked with circles with error bars.

Download (271KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Parameter distributions obtained from photometry of the stars HD11983 (top) and HD216135 (bottom). Systematic and random errors are shown at the top of each graph. The average values ​​of other authors are marked with circles with error bars.

Download (267KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Parameter distributions obtained from photometry of globular clusters NGC5904 (top) and NGC6760 (bottom). Systematic and random errors are shown at the top. The average values ​​from Simbad are marked by circles with error bars.

Download (305KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Distributions of the color excess E(B–V), metallicity [Fe/H], standard deviation, and Teff–R diagrams for stars in the open clusters NGC6866 (top), NCG 7142 (center), and IC1590 (bottom).

Download (520KB)
Indexing metadata
12. Fig. 11. Distributions of calculated parameters of Landolt region stars, calculated from variations in stellar magnitudes within their errors. The root-mean-square errors obtained without JHK bands are marked in gray.

Download (598KB)
Indexing metadata
13. Fig. 12. Comparison of calculated parameters of Landolt area stars.

Download (217KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences