[論文レビュー] A quantitative analysis of stellar activity based on CoRoT photometric data

J. C. Hulot, F. Baudin+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 12, 2011

Astronomical Observations and Instrumentation参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、430個の主系列星を対象に、CoRoTの光度曲線からフォアーリエ解析に基づく活動指標を導出し、星のマイクロ変動を定量化する手法を提案する。低周波数パワースペクトルに一般化された半ローレンツ型フィットを適用し、この指標をロスビー番号と相関させた結果、冷却した星ほど活動度が高くなることが判明。また、回転周期に伴い特徴的な時定数が増加する傾向が示された。

ABSTRACT

The CoRoT satellite has made available high precision photometric observations of a large number of stars of different spectral types. Continuous photometric time series allow the characterization of stellar microvariability in a systematic way. We determine an index indicating the level of activity, derived from photometric data, for a large sample of stars with different color temperatures. We also assess to what extent this index can be related to an estimated Rossby number for stars whose rotation period can be estimated. We also estimate a characteristic lifetime of the surface heterogeneities. Our work is based on the Fourier analysis of stellar light curves. We analyzed the Fourier power spectra of 430 selected light curves obtained by CoRoT during three observation runs. The low-frequency contribution of the stellar variability is modelled by a "generalized semi-lorentzian" profile. An activity index is derived from the fitted amplitude and width of the semi-lorentzian model. Some of the Fourier spectra exhibit a rotational modulation which enables the determination of the rotation period. In addition, a convective turnover time is derived from a grid of stellar models, so that a Rossby number can be estimated. A characteristic lifetime of the phenomena causing the observed power at low frequency is assessed from the fitted model of the power spectrum and is compared to the rotation period. Higher values of the microvariability index are observed among the coolest stars from our sample. 28 light curves show a clear rotational modulation. The estimated Rossby number of most of the observed stars with a rotational modulation is less than 1. The activity index decreases with increasing Rossby number. The quality of the CoRoT data enables the determination of the characteristic lifetime of active structures. It is shown to increase with the rotation period.

研究の動機と目的

• 高精度なCoRoT光度曲線を用いて、大規模な主系列星サンプルのフォアーリエ解析に基づく定量的活動指標を開発すること。
• 光度曲線の周期的変調から推定した回転周期を用いて、導出された活動指標とロスビー番号の関係を評価すること。
• 低周波数光度変動を引き起こす表面不均一構造の特徴的な寿命を推定すること。
• 星の色温度、回転、対流トランジット時間の影響が活動度に与える影響を調査すること。
• 観測バイアスや活動サイクルの存在下で、単一パラメータの活動プロキシ（例：ロスビー番号）の限界を評価すること。

提案手法

• 430個のCoRoT光度曲線をフォアーリエ解析し、一般化された半ローレンツ型プロファイルを用いて低周波数パワー過剰をモデル化する。
• 半ローレンツ型の振幅および幅をフィットさせ、パワースペクトルから定量的活動指標を導出する。
• 低周波数ピークを用いて光度曲線内の回転周期的変調を特定し、回転周期を推定する。
• 星のモデルグリッドを用いて対流トランジット時間を計算し、ロスビー番号（Ro = P_rot / τ_conv）を導出する。
• フィットされたローレンツ型モデルのパラメータから、活性構造の特徴的な寿命を推定する。
• スペクトル型にわたる色温度、ロスビー番号、回転周期と比較して、導出された活動指標を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フォアーリエ解析に基づく活動指標は、主系列星全体にわたり色温度とどの程度相関するか？
• RQ2 回転周期が測定可能な星において、導出された活動指標はロスビー番号とどの程度関連づけることができるか？
• RQ3 表面不均一構造の特徴的な寿命と星の回転周期との関係は何か？
• RQ4 観測バイアス（例：短い時定数、観測視角）は、回転周期的変調および活動指標の検出にどのように影響するか？
• RQ5 明確な回転周期的変調がない星においても、活動指標はマイクロ変動を信頼性高く定量化できるか？

主な発見

• 活動指標はサンプル内で最も冷却された星で最大となり、色温度と明確な逆相関を示した。
• 28個の光度曲線に明確な回転周期的変調が認められ、回転周期は色温度の増加に伴い減少した。
• 回転周期的変調を示す大多数の星はロスビー番号が1未満であり、高磁気活動を示しており、予想に一致した。
• 活動指標はロスビー番号の増加に伴い減少し、活動度とダイナモ効率の逆相関関係が確認された。
• 活性構造の特徴的な寿命は回転周期の増加に伴い増加したが、スポットやフレアなど異なる表面構造の影響により散乱が認められた。
• 本手法は非変調星に対しても活動度を効果的に定量化できたが、ゆっくり回転するM型矮星では解像できない低周波数ピークが活動度を過大評価する可能性がある。