[論文レビュー] Ap stars with variable periods

Zdeněk Mikulášek, Jiřı́ Krtička+6 more|arXiv (Cornell University)|Oct 24, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

論文は、磁気的におさめられた外側の星の表面層と、より速く回転する内部コアとの間の微分回転が、磁気的化学的に奇妙な（mCP）星における周期の変動を説明すると提案している。長期間にわたる光度的およびスペクトロスコピックデータを用いて、V901 Ori、CU Vir、BS Cirの周期変化を特定した。外側の表面層が磁化された風によって減速することで、観測された回転の遅れとその後の加速が生じる。主な貢献は、mCP星における回転進化を説明する新しいモデルであり、剛体回転の仮定に挑戦するものである。

ABSTRACT

The majority of magnetic chemically peculiar (mCP) stars exhibit periodic light, magnetic, radio, and spectroscopic variations that can be adequately modelled as a rigidly-rotating main-sequence star with persistent surface structures. Nevertheless, there is a small sample of diverse mCP stars whose rotation periods vary on timescales of decades while the shapes of their phase curves remain unchanged. Alternating period increases and decreases have been suspected in the hot CP stars CU Vir and V901 Ori, while rotation in the moderately cool star BS Cir has been decelerating. These examples bring new insight into this theoretically unpredicted phenomenon. We discuss possible causes of such behaviour and propose that dynamic interactions between a thin, outer, magnetically-confined envelope braked by the stellar wind, and an inner faster-rotating stellar body are able to explain the observed rotational variability

研究の動機と目的

• 安定した光曲線形状にもかかわらず、少数のmCP星で観測される周期の変動の原因を調査すること。
• 長期間にわたる周期の進化を分析することで、mCP星における剛体回転の従来の仮定に挑戦すること。
• 磁気的星風による角運動量損失が、観測された周期変化を説明できるかどうかを特定すること。
• 磁気的表面層減速メカニズムによって駆動される回転変化の検出可能性を評価すること。
• 上主系列星の内部構造と進化に、非剛体回転が及える影響を検討すること。

提案手法

• 約40年にわたるV901 Oriの3,500件の光度的およびスペクトロスコピック測定値の分析により、周期の進化を追跡した。
• 時間依存的な周期およびゼロ位相時刻の変化をモデル化するため、3次および放物線的フィットを用いた。
• 11のデータセットおよび9つのフィルターバンドにわたる14,488件の光度測定値に重み付き最小二乗法を適用した。
• 安定したスポット幾何学的配置を特定するため、位相 -0.0014 および 0.4752 に位置する2つの光度的スポットを用いて光曲線をモデル化した。
• 周期の微係数 $\dot{P}$ およびスピンダウン時間 $\tau_{\mathrm{spin}} = P/\dot{P}$ を計算し、回転変化を定量化した。
• 観測された $\ddot{P}$（周期の2階微分）を、星の進化および風減速理論的予測と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ一部のmCP星は、安定した光曲線形状を示しながらも、周期が変動するのであろうか？
• RQ2 磁化された星風による減速作用が、V901 Ori や BS Cir などのmCP星で観測された周期変化を説明できるのであろうか？
• RQ3 V901 Oriで観測された負の $\ddot{P}$ が示す、回転の遅れから加速への逆転は、何によって引き起こされるのであろうか？
• RQ4 BS Cirで観測された周期変化は、磁化された風による角運動量損失と整合的であり、理論的予測と比較してどうなるのであろうか？
• RQ5 磁気的に閉じ込められた外側の表面層と、より速く回転する内部との間の微分回転が、観測された回転変動を説明できるのであろうか？

主な発見

• V901 Oriの回転周期は37年間で18秒増加し、$\overline{\dot{P}} = 1.77(5) \times 10^{-8}$ d⁻¹ および $\ddot{P} = -32(4) \times 10^{-13}$ d⁻¹ であった。2007 ± 2年頃に、減速から加速への逆転が起こったことが示唆された。
• BS Cirでは、周期が $\dot{P} = 5.6(4) \times 10^{-9}$ d⁻¹ の割合で増加しており、これは $0.181(13)$ s yr⁻¹ に相当し、スピンダウン時間 $\tau_{\mathrm{spin}} = 1.05(8)$ Myr であった。
• V901 Oriで観測された $\ddot{P} < 0$ は、標準的な星の進化または一定の風減速が唯一の駆動要因であるのを排除し、層間の動的相互作用を示唆する。
• CU Virの周期変化は急激な増加を示し、単純な進化モデルとは整合しない複雑で非単調な振るまいを示している。
• BS Cirのスピンダウン時間（1.05 Myr）は検出可能であり、主系列星の寿命よりも顕著に短く、現在のデータで観測可能である。
• 径方向速度の変化が認められず、光曲線も安定していることから、二重星の光時遅れ効果や歳差運動は、周期変化の説明にはなり得ない。