[論文レビュー] ALMA's view of the Sun's nearest neighbours: The submm/mm SEDs of the alpha Centauri binary and a new source

R. Liseau, V. De la Luz+4 more|arXiv (Cornell University)|Aug 8, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、ALMAを用いてα Centauri連星系を準ミリ波およびミリ波で観測し、修正された太陽のコアスフィアモデルに整合するコアスフィア放射を明らかにした。主な発見は、両星とも大気中に深い温度極小値を示しており、特にα Cen Bはα Cen Aよりも低温で低高度に位置する極小値を示しており、太陽と同様の非放射加熱機構が太陽型星にも作用していることを示唆している。

ABSTRACT

The precise mechanisms that provide the non-radiative energy for heating the chromosphere and the corona of the Sun and other stars are at the focus of intense contemporary research. Observations at submm/mm wavelengths are particularly useful to obtain information about the run of the temperature in the upper atmosphere of Sun-like stars. We used ALMA to study the chromospheric emission of the aCen binary system in all six available frequency bands during Cycle2 in 2014/15. Since ALMA is an interferometer, the multi-telescope array is particularly suited for the observation of point sources. With its large collecting area, the sensitivity is high enough to allow the observation of nearby main-sequence stars at submm/mm wavelengths for the first time. The comparison of the observed spectral energy distributions with theoretical model computations provides the chromospheric structure in terms of temperature and density above the stellar photosphere and the quantitative understanding of the primary emission processes. Both stars were detected and resolved at all ALMA frequencies. For both aCenA and B, the existence and location of the temperature minima, firstly detected from space with Herschel, are well reproduced by the theoretical models of this paper. For aCenB, the temperature minimum is deeper than for A and occurs at a lower height in the atmosphere, but for both stars, Tmin/Teff is consistently lower than what is derived from optical and UV data. The submm/mm emission of the aCen stars is indeed very well reproduced by modified chromospheric models of the Quiet Sun. This most likely means that the non-radiative heating mechanisms of the upper atmosphere that are at work in the Sun are operating also in other solar-type stars.

研究の動機と目的

• 準ミリ波およびミリ波連続スペクトル放射を用いて、α Centauri連星系のコアスフィア温度および密度構造を調査すること。
• 太陽で観測された非放射加熱機構が、α Cen AおよびBのような太陽型星に対しても同様に作用しているかどうかを特定すること。
• ALMAの6バンドにわたるスペクトルエネルギー分布（SED）を分析し、大気の物理的状態を推定すること。
• 2015年の観測でBand 8で検出された予期しない第3の点源の性質を調査すること。
• その点源が既知の太陽系天体または背景天体である可能性を評価し、単一エポックでの検出を踏まえて判断すること。

提案手法

• 2014–2015年にかけて、ALMAで6バンド（Band 3～Band 9）をカバーする周波数帯で観測を実施し、波長は3.1 mmから0.44 mmにわたった。
• 主ビーム応答の補正とキャリブレーションを施し、信号対雑音比を伴ったmJy単位の輝度密度を取得した。
• 輝度測定値からスペクトルエネルギー分布（SED）を構築し、修正された太陽コアスフィアモデルにフィットさせ、大気温度および密度構造を推定した。
• モデルは非局所熱平衡（non-LTE）効果を考慮し、温度極小層を含み、観測されたSEDに一致するようにパラメータを調整した。
• Band 8で検出された第3の点源について、輝度密度とSED形状を分析し、黒体分布フィットを用いて距離とサイズを推定した。
• 点源が既知の小惑星と重複する可能性を、点源位置から15′以内の既知の小惑星と照合することで評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 α Centauri AおよびBの準ミリ波およびミリ波SEDは、静穏した太陽のコアスフィアの理論モデルと一致するか？
• RQ2 α Cen AおよびBのコアスフィアの物理的構造、特に温度極小値の位置と深さは何か？
• RQ3 α Cenのコアスフィア放射は、太陽で観測された非放射加熱機構と整合するか？
• RQ4 2015年に1回だけ検出された未確認の点源（405 GHz、740 μm）の性質は何か？
• RQ5 その未確認の点源が遠方の海王星外天体である可能性はあり、その輝度密度から距離とサイズにどのような制約が与えられるか？

主な発見

• 両星α Cen AおよびBは、ALMAの全バンドで分解可能であり、97.5 GHzで3.37 ± 0.012 mJyから679 GHzで107.2 ± 1.50 mJyの間の輝度密度を示した。
• 両星のSEDは高周波数域でν²に従う傾向を示し、低周波数域で平坦化している可能性があり、これは光学的薄い自由自由放射または変動性によるものとされる。
• α Cen Bの温度極小値は、α Cen Aよりも深く、低高度（560 km）に位置しており、T_min/T_effは光学および紫外線データから導かれる値よりも低い。
• 観測された準ミリ波放射は、修正された太陽コアスフィアモデルでよく再現されており、太陽で確認された非放射加熱機構がこれらの太陽型星に対しても実際に作用している可能性を示している。
• 第3の点源は2015年5月2日、Band 8（405 GHz、740 μm）でのみ検出され、輝度密度は4.24 ± 0.49 mJyであり、3σレベルで黒体分布と整合していた。
• 点源は、15′以内の位置に既知の太陽系天体が存在しないことから、惑星的天体や既知の小惑星とは一致しない。したがって、冥王星軌道を越える遠方でアルベドが低い海王星外天体である可能性が高い。