[論文レビュー] A photometric and spectroscopic survey of solar twin stars within 50 parsecs of the Sun: I. Atmospheric parameters and color similarity to the Sun

G. F. Porto de Mello, R da Silva+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 29, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 88被引用数 29

ひとこと要約

本研究は、太陽から50パーセク圏内の太陽同等星を、色類似性インデックスと高分解能分光法を用いて光度的および分光的調査した。大気パラメータと光度的性質が太陽に類似した星を特定し、新たに5つの可能性の高い太陽同等星と、近紫外および可視域スペクトルの類似性が極めて高い1つの最良候補（HD 140690）を同定した。これらは系外惑星およびSETI研究において重要である。

ABSTRACT

Solar twins and analogs are fundamental in the characterization of the Sun's place in the context of stellar measurements, as they are in understanding how typical the solar properties are in its neighborhood. They are also important for representing sunlight observable in the night sky for diverse photometric and spectroscopic tasks, besides being natural candidates for harboring planetary systems similar to ours and possibly even life-bearing environments. We report a photometric and spectroscopic survey of solar twin stars within 50 pc of the Sun. Hipparcos absolute magnitudes and (B-V)_Tycho colors were used to define a 2 sigma box around the solar values, where 133 stars were considered. Additional stars resembling the solar UBV colors in a broad sense, plus stars present in the lists of Hardorp, were also selected. All objects were ranked by a color-similarity index with respect to the Sun, defined by uvby and BV photometry. Moderately high-resolution, high-S/N spectra were used for a subsample of equatorial-southern stars to derive Teff, log g, and [Fe/H] with average internal errors better than 50 K, 0.20 dex, and 0.08 dex, respectively. Ages and masses were estimated from theoretical HR diagrams. The color-similarity index proved very successful. We identify and rank new excellent solar analogs, which are fit to represent the Sun in the night sky. Some of them are faint enough to be of interest for moderately large telescopes. We also identify two stars with near-UV spectra indistinguishable from the Sun's. We present five new "probable" solar twin stars, besides five new "possible" twins. Masses and ages for the best solar twin candidates lie very close to the solar values, but chromospheric activity levels range somewhat. We propose that the solar twins be emphasized in the ongoing searches for extra-solar planets and SETI searches.

研究の動機と目的

• 太陽から50パーセク圏内の太陽同等星を、大気パラメータと光度色で太陽と一致するものとして同定すること。
• 複数の光度測定システムおよびスペクトル範囲において、星候補が太陽のアナログとしての忠実度を評価すること。
• uvbyおよびBV光度測定に基づく色類似性インデックスを用いて、候補星が太陽にどれほど近いかを定量化すること。
• 分光法および理論的HR図を用いて、最良候補の表面温度（Teff）、重力加速度（log g）、鉄過剰率（[Fe/H]）を導出し、年齢と質量を推定すること。
• 近紫外スペクトルが太陽と区別できない星を特定し、紫外線最適化された天体物理学的研究に利用可能であることを示すこと。

提案手法

• 太陽のヒパルコス絶対等級と(B-V)ティコ色を基準に、2σの光度測定ボックスを定義し、初期候補を133個選定した。
• ハードォープのリストからの追加星およびUBV色類似性を示す星を組み込み、サンプルを拡大した。
• uvbyおよびBV光度測定に基づく色類似性インデックスを適用し、太陽色に近い順に候補をランク付けした。
• 南天の星のサブサンプルに対して、中程度の高分解能・高信噪比分光観測を実施し、Teff、log g、[Fe/H]をそれぞれ内部誤差50 K未塔、0.20 dex未塔、0.08 dex未塔で導出した。
• 理論的ヘルツブルン＝ラサッズ図を用いて、最良候補の年齢と質量を推定した。
• 導出された光度的および分光的パラメータを太陽値と比較し、色および大気パラメータで3σ以内の星を同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽から50パーセク圏内のどの星が、光度色および大気パラメータで太陽に最も類似しているか？
• RQ2 色類似性インデックスは、高忠実度の太陽アナログおよび同等星を同定するのにどれほど有効か？
• RQ3 どの星が近紫外スペクトルが太陽と区別できないか？ 他のパラメータと比較するとどうか？
• RQ4 最良の太陽同等星候補の推定年齢と質量は何か？ それらは太陽と比較してどうか？
• RQ5 どの星が、太陽に類似した性質を示すため、系外惑星探索およびSETIに最適な候補となるか？

主な発見

• 色類似性インデックスは、太陽の3σ以内の光度的性質を持つ候補を的確に同定し、その信頼性を裏付けた。
• 新たに5つの可能性の高い太陽同等星が同定された：HD 98649、HD 118598、HD 150248、HD 164595。これらは質量および等時曲線による年齢が太陽の誤差範囲内にあった。
• HD 140690は、近紫外および可視域スペクトルが太陽と区別できない最良の太陽アナログであり、太陽の大気パラメータと一致した。
• さらに5つの新たな可能性の高い太陽同等星も同定され、大気パラメータおよび光度的忠実度が太陽値に近く、類似していた。
• 最良の同等星候補におけるクロモスフィア活動レベルにはばらつきがあり、太陽に類似した大気パラメータを示しても磁気活動に差異があることが示された。
• 本研究は、太陽同等星を、地球型惑星を有する可能性の高い星として、現在の系外惑星探索およびSETI探索において優先的に選定すべきであると提言する。