銀河系中的三類變星的金屬豐度分布

依明阿吉·阿卜力米提

(中國科學(xué)院 國家天文臺 光學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京，100012)

銀河系中的三類變星的金屬豐度分布

依明阿吉·阿卜力米提

(中國科學(xué)院 國家天文臺 光學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京，100012)

由于變星具有確定的周光關(guān)系，我們可以比較準(zhǔn)確地計算出它們的距離，因此它們在銀河系結(jié)構(gòu)與形成等天文研究領(lǐng)域里有著重要的作用。Hoffman et al.(2009)把北天變星巡天的4659顆變星分類成5種重要變星，我們從他們給出的星表里整理出了194顆造父變星(包括確認(rèn)的和候選體)，526顆天琴座RR變星和371顆大熊座W變星。我們把這些整理的三類變星與LAMOST DR3 數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉，匹配出來的有13顆造父變星(包含候選體)，78顆天琴座RR變星和83顆大熊座W變星，從而我們可以得到這些匹配出的三類變星的LAMOST提供的金屬豐度。從三類變星的金屬豐度隨距離的分布來看，造父變星(或候選體)在5

造父變量；金屬豐度；郭守敬望遠(yuǎn)鏡

自從發(fā)現(xiàn)有變星較好的周光關(guān)系并且可以準(zhǔn)確地定距離之后，變星在恒星天體物理和宇宙學(xué)等天文學(xué)研究領(lǐng)域中廣泛地使用。研究它們的化學(xué)成分對研究恒星演化理論、銀河系結(jié)構(gòu)與形成和銀河系化學(xué)成分與演化等方面有著重要的意義。

20世紀(jì)早期，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)造父變星有較好的周光關(guān)系并且開始用它來定距離[1]。典型的造父變星周期一般會大于一天，是比較年輕的變星。如果能知道造父變星的金屬豐度([Fe/H])，可以用定距離準(zhǔn)確的性質(zhì)來研究金屬豐度與距離的梯度關(guān)系。金屬豐度梯度為限制銀盤的化學(xué)演化提供重要信息，一系列研究工作給出了造父變星在不同距離上的金屬豐度梯度，它們給出的斜率可以從-0.05[2]到-0.07[3]dex kcp-1。因?yàn)闃颖緮?shù)目和能達(dá)到的距離有限，銀盤化學(xué)演化研究仍然需要更多的造父變星的金屬豐度梯度研究。

天琴座RR變星是比較常見的年老變星，它周期一般在0.2和1.2天之間。RR變星金屬豐度與光度有非常好的關(guān)系[4]，它們也是很好的標(biāo)準(zhǔn)燭光。銀河系中的天琴座RR型變星廣泛分布于銀道面、銀暈、厚盤和球狀星團(tuán)中。由于它們的光度相對較高，因而比較容易辨認(rèn)和觀測。天琴座RR變星的金屬豐度以及可跟定距離的性質(zhì)為研究球狀星團(tuán)的年齡、恒星演化、銀河系動力學(xué)和演化等奠定基礎(chǔ)。

大熊座W變星是由主序星組成的相接雙星系統(tǒng)，脈動周期一般在0.25和1.2天之間[5]。這類變星也有較好的周光關(guān)系，它的距離和金屬豐度也對天文學(xué)其他領(lǐng)域有著重要的作用。在這個工作中，我利用LAMOST DR3數(shù)據(jù)以及北天變星巡天發(fā)現(xiàn)的變星數(shù)據(jù)來給出部分交叉出來的造父變星與候選體，天琴座RR變星和大熊座W變星的金屬豐度分布。

1 數(shù)據(jù)來源

郭守敬望遠(yuǎn)鏡(LAMOST，大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡)的第三次釋放的數(shù)據(jù)包含了5,755,126 條光譜，其中3,178,057條是恒星光譜。LAMOST是一架新類型的大視場兼?zhèn)浯罂趶酵h(yuǎn)鏡，即“王-蘇反射施密特望遠(yuǎn)鏡”。它是由反射施密特改正板MA(大小為5.72米×4.40米，24塊對角線長1.1米，厚度為25毫米的六角形平面子鏡組成)、球面主鏡MB(大小為6.67米×6.05米，37塊對角線長為1.1米，厚度為75毫米的六角形球面子鏡組成)和焦面構(gòu)成。球面主鏡及焦面固定在地基上，反射施密特改正板作為定天鏡跟蹤天體的運(yùn)動，望遠(yuǎn)鏡在天體經(jīng)過中天前后時進(jìn)行觀測。球面主鏡及焦面固定在地基上，反射施密特改正板作為定天鏡跟蹤天體的運(yùn)動，望遠(yuǎn)鏡在天體經(jīng)過中天前后時進(jìn)行觀測。天體的光經(jīng)MA反射到MB，再經(jīng)MB反射后成像在焦面上。焦面上放置的光纖，將天體的光分別傳輸?shù)焦庾V儀的狹縫上，然后通過光譜儀后的CCD探測器同時獲得大量天體的光譜。LAMOST應(yīng)用薄鏡面主動光學(xué)加拼接鏡面主動光學(xué)技術(shù)，在曝光1.5小時內(nèi)可以觀測到暗達(dá)20.5等的天體，使其成為大口徑兼大視場光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的世界之最。同時，采用并行可控的光纖定位技術(shù)，在5度視場，直徑為1.75米的焦面上放置4000根光纖，同時獲得4000個天體的光譜，使其成為世界上光譜獲取率最高的望遠(yuǎn)鏡。LAMOST安放在中國科學(xué)院國家天文臺興隆觀測站，該站地處燕山主峰南麓，位于河北省興隆縣連營寨(東經(jīng)7小時50分，北緯40度23分)，海拔960米。

在這個工作中，我們用了LAMOST 第三次數(shù)據(jù)(DR3)給出的恒星，還從Hoffman et al.(2009)給出的5類重要變星的星表里整理出了194顆造父變星(包括確認(rèn)的和候選體)，526顆天琴座RR變星和371顆大熊座W變星。然后，把兩個數(shù)據(jù)交叉，得到了匹配的13顆造父變星(包含候選體)，78顆天琴座RR變星和83顆大熊座W變星的大氣參數(shù)，分析了它們的金屬分度分布情況。

2 數(shù)據(jù)分析與結(jié)果

通過變星的周光關(guān)系可以得到絕對星等，變星的數(shù)據(jù)中給出了K波段的星等，為得到造父變星的Mk，我們用了Stom et al.(2011)給出的周光關(guān)系式，對于RR變星我們采用了Alonso-Garcia et al.(2015)給出的周光關(guān)系式,而對于大熊座W星，我們采用了Chen et al.(2016)給出的周光關(guān)系式，金屬豐度是LAMOST提供的。有了絕對星等和星等，我們可以用下面的公式計算出每個樣本離太陽的距離：

(1)

計算得到了離太陽的距離D和銀經(jīng)銀緯(l,b, 單位是角度)后，我們可以用下面一系列公式計算出每個樣本在銀河系坐標(biāo)系里面的位置坐標(biāo)(x,y,z)，并且可以得到每個樣本離銀心的距離(RGC)：

(2)

(3)

(4)

(5)

其中R0是太陽離銀心的距離，這個工作中取了8.27kpc。計算得到匹配出來的每一個樣本的三維距離和離銀心的距離。

圖1給出了造父變星(CC,包括候選體),天琴座RR變星(RRL)和大熊座W變星的三維空間分布，無論是x-y或是RGC-z分布都沒有什么特殊結(jié)構(gòu)。除了一個CC樣本(這個樣本很可能不是典型的造父變星)之外，其他樣本都分布在-2

圖1 三類樣本的三維空間分布Fig.1 Three-dimensional spatial distribution of Cepheids and candidates(CC),RRL and WUMa

圖2顯示了三種樣本的金屬豐度隨距離的分布，可以看出，除了造父變星的樣本之外，其他兩類變星的金屬豐度與距離沒有特殊的關(guān)系。

圖2 三類變星的金屬豐度隨距離的分布Fig.2 Distributions of metallicities with RGC

圖3中顯示造父變星(包括候選體)金屬豐度與距離的關(guān)系(圖3左邊)。13顆造父變星樣本的金屬豐度在6.9到15kpc離銀心的距離范圍有一個梯度，線性擬合得到的綠線斜率是-0.07±0.015(圖3的左邊圖)，這結(jié)果與之前發(fā)表的其他工作結(jié)果符合比較好。RR變星的周期和光度都與金屬豐度有獨(dú)特的關(guān)系，所以研究它們的金屬豐度也有著重要的意義。圖3中直方圖(右邊)表示匹配出的78顆RR變星金屬豐度的分布，可以看出分布的峰值在-1.4，大部分樣本是貧金屬的，這符合之前工作給出RR變星是貧金屬變星[9-10]的結(jié)論。

圖3 右邊是造父變星金屬豐度與距離的關(guān)系，左邊是RR變星金屬豐度的統(tǒng)計。Fig.3 The left panel shows the metallicity and distance relation of Cepheids and candidates,the right panle shows the metallicity distributions of RRL

3 結(jié)論

變星是一種非常好的距離追蹤器，這個特征讓它們在天體物理研究領(lǐng)域中有著比較重要的地位。在這個工作中，我們用LAMOST DR3和Hoffman et al.(2009)分類給出的北天變星巡天的4659顆變星樣本，得到了13顆造父變星(包含候選體)，78顆天琴座RR變星和83顆大熊座W變星的金屬豐度和空間分布。計算結(jié)果顯示，該工作中的三類變星沒有特殊的空間分布結(jié)構(gòu)，天琴座RR變星與大熊座W變星金屬豐度與距離RGC沒有相關(guān)性。然而，13顆造父變星(包含候選體)金屬豐度隨距離有梯度關(guān)系(6.9

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Distribution and metallicity gradient of RR lyrae stars in the Galactic thin disk

IMINHAJI Ablimit

(Key Laboratory for Optical Astronomy,National Astronomical observatories Chinese Academy of Sciences,Beijing 100012,China)

In this paper,we present iron abundances for 13 cepheids(and candidates),78 RR Lyraes(RRL)and 83 W Urase Majoris(W UMa)variables by cross-matching the cepheids(194,including some candidates),RRL(526)and W UMa(371)from identifid 4659 variable objects in the Northern Sky Variability Survey(Hoffman et al.2009)with LAMOST DR3 catalog.From the metallicity distribution of these cross-matched variables,we find that cepheids(and candidates)have a metallicity gradient over a range of Galactocentric distances(RGC～ 5-15kpc).However,the metallicity distributions of RRL and WUMa variables have a little or no correlation with the Galactocentric distances.

cepheid;metallicity gradient;LAMOST

1672-7010(2017)01-0042-05

2016-12-18

中國博士后聯(lián)合資助項(xiàng)目(2015LH 0015)

依明阿吉·阿卜力米提(1984-)，男，維族,新疆人，博士，國家天文臺博士后，從事天體物理研究

T G174.4 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

A