[論文レビュー] A Chandra X-ray detection of the L dwarf binary Kelu-1: Simultaneous Chandra and Very Large Array observations

M. Audard, Rachel A. Osten+5 more|ArXiv.org|Jul 12, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 48被引用数 27

ひとこと要約

本研究では、同時 Chandra および Very Large Array (VLA) 観測を用いて、L矮星である二重星系 Kelu-1AB における初のX線検出を報告する。強いX線信号（$L_X = 2.9_{-1.3}^{+1.8} \times 10^{25}$ erg s⁻¹）が得られたが、3σの上限として $L_R \leq 1.4 \times 10^{13}$ erg s⁻¹ Hz⁻¹ までラジオ非検出であった。これは、M矮星から早期L矮星にかけて、ラジオ発光度が低下しない可能性を示唆しており、一方でX線およびHα活動は効用温度の低下に伴い減少する傾向にある。

ABSTRACT

Magnetic activity in ultracool dwarfs, as measured in X-rays and H$α$, shows a steep decline after spectral type M7-M8. So far, no L dwarf has been detected in X-rays. In contrast, L dwarfs may have higher radio activity than M dwarfs. We observe L and T dwarfs simultaneously in X-rays and radio to determine their level of magnetic activity in the context of the general decline of magnetic activity with cooler effective temperatures. The field L dwarf binary Kelu-1 was observed simultaneously with Chandra and the Very Large Array. Kelu-1AB was detected in X-rays with $L_{ m X} = 2.9_{-1.3}^{+1.8} imes 10^{25}$ erg/s, while it remained undetected in the radio down to a $3 σ$ limit of $L_{ m R} \leq 1.4 imes 10^{13}$ erg/s/Hz. We argue that, whereas the X-ray and H$α$ emissions decline in ultracool dwarfs with decreasing effective temperature, the radio luminosity stays (more or less) constant across M and early-L dwarfs. The radio surface flux or the luminosity may better trace magnetic activity in ultracool dwarfs than the ratio of the luminosity to the bolometric luminosity. Deeper radio observations (and at short frequencies) are required to determine if and when the cut-off in radio activity occurs in L and T dwarfs, and what kind of emission mechanism takes place in ultracool dwarfs.

研究の動機と目的

• X線およびラジオ波で同時に観測することで、特にLおよびT矮星における磁気活動の程度を調査すること。
• M矮星と同様に、X線およびラジオ放射が効用温度の低下に伴い減少するか、それとも冷却され、完全に対流的な物体では異なる挙動を示すかを特定すること。
• ラジオ放射が、ギャロスシンクロトロン放射ではなく、電子サイクロトロンメーザー放射のようなコherent放射メカニズムによって支配されているという仮説を検証すること。
• 超冷却矮星において、$L_R/L_{\rm bol}$ の比が $L_X/L_{\rm bol}$ よりも磁気活動の指標としてより優れているかどうかを評価すること。
• ラジオ非検出の結果が、放射メカニズムおよび観測感度に与える意味を検討すること。

提案手法

• 本研究では、NASAのChandra X線望遠鏡とアメリカ国立電波天文台のVery Large Array (VLA) を用いて、L矮星二重星Kelu-1ABを同時観測した。
• X線データはChandraのACIS-I機器で取得され、標準的なX線データ還元および源検出手法を用いてX線フラックスおよび発光度を分析した。
• ラジオデータは8.46 GHzでVLAのC配置で取得され、画像化され、点源放射の有無を調査し、3σのフラックス密度上限を算出した。
• 観測されたフラックスから距離および吸収補正を施した上でX線発光度を計算し、活動度の評価に用いた。
• 発光度を星体表面積（$4\pi R^2$）で割ることで、X線およびラジオの表面フラックスを算出し、スペクトル型間での比較を可能にした。
• 既知の相関関係（例：Güdel-Benz $L_R - L_X$ 関係）と観測された発光度を比較し、超冷却矮星における乖離を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 L矮星における磁気活動はX線で検出可能か？ また、M矮星と同様に、効用温度の低下に伴い減少する傾向にあるか？
• RQ2 超冷却矮星、特に早期L矮星において、ラジオ放射は強さを保つか、それとも効用温度の低下に伴い減少するか？
• RQ3 超冷却矮星において、$L_R/L_{\rm bol}$ の比が $L_X/L_{\rm bol}$ よりも磁気活動の指標としてより頑健であるか？
• RQ4 超冷却矮星におけるラジオ放射を支配するのは、ギャロスシンクロトロン放射か、それともコherent電子サイクロトロンメーザー放射か？
• RQ5 Kelu-1ABはX線では検出されたがラジオでは非検出である。これは固有の性質の問題か、観測的制限の問題か？

主な発見

• Kelu-1ABは $L_X = 2.9_{-1.3}^{+1.8} \times 10^{25}$ erg s⁻¹ の発光度でX線で検出され、これはL矮星における初のX線検出である。
• 3σのフラックス密度上限 $S_{\rm 8.46GHz} \leq 1.4$ μJy までラジオ非検出であり、これに対応するラジオ発光度上限は $L_R \leq 1.4 \times 10^{13}$ erg s⁻¹ Hz⁻¹ であった。
• M矮星および早期L矮星において、ラジオ表面フラックスはほぼ一定であり、効用温度が約2000 Kまで低下しても、ラジオ発光度が低下しない可能性を示唆している。
• それに対して、X線およびHα表面フラックスは効用温度の低下に伴い減少しており、コロナおよびクリモスフィア活動が継続的に低下していることを示している。
• 超冷却矮星における $L_R$ と $L_X$ の間には相関がないため、ギャロスシンクロトロン放射ではなく、電子サイクロトロンメーザー放射のような異なる放射メカニズムが支配している可能性がある。
• ラジオ非検出の理由として、ビームの配置、感度の低さ、または高周波数観測（8.46 GHz）が原因であり、サイクロトロンメーザー放射が検出可能となるためには、約3 kGの強い磁場が必要となる。