[論文レビュー] ALMA observations of alpha Centauri: First detection of main-sequence stars at 3mm wavelength

R. Liseau, W. H. T. Vlemmings+20 more|arXiv (Cornell University)|Dec 12, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 17被引用数 23

ひとこと要約

本研究では、ALMAを用いて3 mmで主系列星の初回検出が行われ、α Centauri AB連星系の両成分が成功裏に分解された。高感度・高分解能の観測により、3.1 mmの電波放射が光球層予測を著しく上回っており、これは、イオン化されたコロナ層プラズマからの光学的厚い自由自由放射（free-free emission）によって支配されていることが判明した。3.1 mmにおけるSν^B/Sν^Aのフラックス比は0.47 ± 0.006であった。

ABSTRACT

The precise mechanisms that provide the non-radiative energy for heating the chromosphere and the corona of the Sun and those of other stars constitute an active field of research. By studying stellar chromospheres one aims at identifying the relevant physical processes. Defining the permittable extent of the parameter space can also serve as a template for the Sun-as-a-star. Earlier observations with Herschel and APEX have revealed the temperature minimum of alpha Cen, but these were unable to spatially resolve the binary into individual components. With the data reported here, we aim at remedying this shortcoming. Furthermore, these earlier data were limited to the wavelength region between 100 and 870mu. In the present context, we intend to extend the spectral mapping to longer wavelengths, where the contrast between stellar photospheric and chromospheric emission becomes increasingly evident. ALMA is particularly suited to point sources, such as unresolved stars. ALMA provides the means to achieve our objectives with both its high sensitivity of the collecting area for the detection of weak signals and the high spatial resolving power of its adaptable interferometer for imaging close multiple stars. This is the first detection of main-sequence stars at a wavelength of 3mm. Furthermore, the individual components of the binary alpha CenAB are clearly detected and spatially well resolved at all ALMA wavelengths. The high S/N of these data permit accurate determination of their relative flux ratios. The previously obtained flux ratio of 0.44, which was based on measurements in the optical and at 70mu, is consistent with the present ALMA results, albeit with a large error bar. Given the distinct difference in their cyclic activity, the similarity of their submm SEDs appears surprising.

研究の動機と目的

• サブミリ波長帯およびミリ波長帯で、コロナ層放射が支配的になると予想されるα Centauri AB連星系の個々の成分を分解すること。
• スペクトルエネルギー分布（SED）の測定範囲を870 μmを超えて長波長帯へ拡張し、コロナ層放射と光球層放射の対比が最大になる波長域をカバーすること。
• ミリ波長帯におけるα Centauri AおよびBのフラックス比を特定し、コロナ層加熱機構および活動差異の評価を行うこと。
• 磁気活動度が著しく異なる2つの星において、長波長帯で同様のサブミリ波長SEDを示すかどうかを検証すること。
• 星間コロナ層モデルに対する実証的制約を提供し、太陽型星との比較を通じて太陽を星として見た理解を深めること。

提案手法

• ALMAの高感度および高分解能を活用し、α Centauriを3.1 mm、870 μm、440 μmで観測することで、連星系の空間分解が可能になった。
• 合成干渉計測を用いて高信頼性の画像を生成し、各成分の正確なフラックス測定が可能になった。
• 複数のALMAバンドにおけるα Centauri AおよびB間のフラックス比を測定し、相対的放射強度およびスペクトル指数を評価した。
• 遠赤外域からミリ波帯にかけてのスペクトルエネルギー分布（SED）を分析し、40 μmを超える波長域にまで外挿されたPHOENIXモデル大気と比較した。
• スペクトル指数の検討を通じて光学的厚さおよび放射メカニズムを評価し、放射が光学的厚い自由自由（Bremsstrahlung）放射であると結論づけた。
• 高SN比のデータを用いて、バンド3（3.1 mm）におけるフラックス比の不確実性を5%未満にまで低減し、過去の観測結果との強固な比較が可能になった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ALMAは、コロナ層放射が支配的になると予想される3 mm帯で、α Centauri AB連星系の個々の成分を分解できるか？
• RQ2 磁気活動度が著しく異なるα Centauri AおよびBのサブミリ波長SEDは、長波長帯で類似した放射特性を示すか？
• RQ3 観測された3.1 mm放射は、イオン化コロナ層プラズマからの光学的厚い自由自由放射と整合的か、それとも他の説明を要するか？
• RQ4 ミリ波長帯におけるα Centauri AおよびB間のフラックス比は、短波長帯および可視光帯での過去の測定値とどのように比較できるか？
• RQ5 長波長帯における観測SEDは、光球層予測からどの程度ずれているか。これはコロナ層加熱の兆候を示唆するか？

主な発見

• これは、主系列星が3 mmで初めて成功裏に検出されたものであり、ALMAが3.1 mmで高SN比でα Centauri AおよびBを分解した。
• 3.1 mmにおけるフラックス比Sν^B/Sν^Aは0.47 ± 0.006と測定され、過去の推定値と整合的だが、不確実性が著しく低減された。
• 観測バンド全域におけるスペクトル指数は、光学的厚い自由自由放射と整合的であり、イオン化コロナ層プラズマからの放射であると示唆された。
• 3.1 mm放射は光球層予測を著しく上回っており、8000 Kを超える温度でのコロナ層起源であることが確認された。
• α Centauri Bがα Centauri Aよりも著しく活発であるにもかかわらず、両星のサブミリ波長SEDは顕著に類似しており、活動度依存の放射特性に関する仮定に疑問を呈する。
• 両星の大気中に温度極小が存在することが、データで確認された。これは、以前のHerschel DUNES観測と一致するが、空間分解能および高い精度を伴って再確認された。