[論文レビュー] Age-Rotation-Activity Relations for M Dwarf Stars Based on ASAS Photometric Data

M. Kiraga, K. Stȩpień|arXiv (Cornell University)|Jul 17, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 14

ひとこと要約

本研究は、31個のM型星の自転周期を特定するためASAS光度計データを分析し、そのうち10個は10日以上の周期を示す新しい遅い回転星を含む。また、ロスビー数を用いて質量依存の周期-活動度関係を確立した。M型星は、X線活動度が指数関数的に低下する普遍的なロスビー数-活動度関係に従うことが判明し、古くから銀河平面に存在するM型星（中央値周期47日）は若年星に比べて顕著に活動度が低い。これは自転減速の進化と整合的であり、スカマニクの法則に代わる再考された転換時間スケーリングにより、観測結果との一致が向上した。

ABSTRACT

Based on analysis of photometric observations of nearby M type stars obtained with ASAS, 31 periodic variables were detected. The determined periods are assumed to be related to rotation periods of the investigated stars. Among them 10 new variables with periods longer than 10 days were found, which brings the total number of slowly rotating M stars with known rotation periods to 12 objects. X-ray activity and rotation evolution of M stars follows the trends observed in G-K type stars. Rapidly rotating stars are very active and activity decreases with increasing rotation period but the period-activity relation is mass-dependent which suggests that the rotation period alone is not a proper measure of activity. The investigated stars were grouped according to their mass and the empirical turnover time was determined for each group. It increases with decreasing mass more steeply than for K type stars for which a flat dependence had been found. The resulting Rossby number-activity relation shows an exponential decrease of activity with increasing Rossby number. The analysis of space motions of 27 single stars showed that all rapidly rotating and a few slowly rotating stars belong to young disk (YD) whereas all old disk (OD) stars are slowly rotating. The median rotation period of YD stars is about 2 days and that of OD stars is equal to 47 days, i.e. nearly 25 times longer. The average X-ray flux of OD stars is about 1.7 dex lower than YD stars in a good agreement with the derived Rossby number-activity formula supplemented with rotation-age relation and in a fair agreement with recent observations but in a disagreement with the Skumanich formula supplemented with the activity-rotation relation.

研究の動機と目的

• 10日以上の自転周期を示す遅く回転する星においても、M型星の周期-活動度関係が有効であるかを検証すること。
• 特に0.6 M⊙未満の低質量星において理論的・観測的値が乖離している領域で、M型星の実験的転換時間（τc）を異なる質量区間にわたり特定すること。
• 特に低質量星において、自転周期のみに比べ、ロスビー数（Ro = P_rot / τc）がX線活動度をよりよく予測できるかを検証すること。
• 空間運動を用いて自転周期と星の年齢を関連づけ、M型星における年齢-自転-活動度関係を調査すること。
• 観測されたX線放射度と照らし合わせ、スカマニクの法則およびピッツォラトらの周期-活動度関係の妥当性を検証すること。

提案手法

• 180個の近傍M型星に対して、6シーズン分のASAS光度計ライトカーブを用い、周期的変動を探索した。
• 振幅が約10 mmagで、数時間から83日までの周期を持つ31個の周期的変動星を特定し、これをspotsに起因する自転モodulationと解釈した。
• 星を4つの質量区間に分類し、3つの区間について実験的転換時間（τc）を導出。ロスビー数Ro = P_rot / τcを用いて自転周期を正規化した。
• ステピェンの（1988）自転減速式を、新たに決定されたτc値で更新し、単一M型星の自転進化をモデル化した。
• 空間運動（U, V, W）を用いて星を若年銀河平面星（YD）と古年銀河平面星（OD）に分類し、YD星が若く、速く回転すると仮定した。
• 導出されたロスビー数-活動度関係を用いて、若年M型星と古年M型星のX線活動度比（log Rx）を計算し、観測結果と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M型星の周期-活動度関係は、活動度が低下すると予想される10日以上の自転周期を持つ星に対しても有効であるか？
• RQ2 M型星において、特に0.6 M⊙未満の質量領域で、実験的転換時間τcは星の質量にどのように依存するか？
• RQ3 M型星において、自転周期のみに比べ、ロスビー数（Ro = P_rot / τc）がX線活動度をよりよく予測できるか？
• RQ4 古年M型星における観測されたX線活動度の低下は、ロスビー数-活動度関係および自転減速進化モデルと整合的か？
• RQ5 スカマニクの法則にピッツォラトらの周期-活動度関係を組み合わせた場合、若年星と古年星の間の観測されたX線放射度差を正しく予測できるか？

主な発見

• 31個の周期的変動星を検出。そのうち10個は10日以上の自転周期を示す新しいM型星であり、既知の遅く回転するM型星の数は合計で12個に増加した。
• 実験的転換時間τcは星の質量が小さくなるにつれて増加し、K型星と比較してより急激に増加する傾向を示しており、M型星では質量依存性がより顕著であると示唆された。
• ロスビー数-活動度関係は、Roが増加するにつれてX線活動度が指数関数的に低下することを示し、周期のみの関係に比べてより良好なフィットを示した。
• 古年銀河平面M型星の中央値自転周期は47日であり、若年銀河平面星の約2日と比較して顕著な自転減速が確認された。
• 若年M型星と古年M型星の観測されたX線放射度差は (log Rx)_young – (log Rx)_old ≈ 1.6–1.8 であり、ロスビー数-活動度式および自転減速モデルの予測と非常に良好に一致した。
• 本研究の結果は、スカマニクの法則にピッツォラトらの周期-活動度関係を組み合わせたものとは矛盾しており、それらは活動度低下を過剰に予測している。代わりに、質量依存のτcスケーリングが支持された。