[論文レビュー] Binary-induced magnetic activity? Time-series echelle spectroscopy and photometry of HD123351 = CZ CVn

K. G. Strassmeier, T. A. Carroll+5 more|arXiv (Cornell University)|Aug 23, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 71被引用数 11

ひとこと要約

本研究は、活性K0IV-III型星HD 123351に対する最初の高精度な軌道解を提示し、147.89日周期の高離心率連星系と58.32日周期の自転を明らかにした。光球層からの放射と磁場フラックスの反位相的変調—近日点で最小—は、フラックスの希釈と非同期的回転を引き起こす連星間磁場の存在を示唆し、進化した星における連星誘発磁気活動の証拠を提供する。

ABSTRACT

We present a first and detailed study of the bright and active K0IV-III star HD 123351. The star is found to be a single-lined spectroscopic binary with a period of 147.8919+-0.0003 days and a large eccentricity of e=0.8086+-0.0001. The rms of the orbital solution is just 47 m/s, making it the most precise orbit ever obtained for an active binary system. The rotation period is constrained from long-term photometry to be 58.32+-0.01 days. It shows that HD 123351 is a very asynchronous rotator, rotating five times slower than the expected pseudo-synchronous value. Two spotted regions persisted throughout the 12 years of our observations. Four years of Halpha, CaII H&K and HeI D3 monitoring identifies the same main periodicity as the photometry but dynamic spectra also indicate that there is an intermittent dependence on the orbital period, in particular for Ca ii H&K in 2008. Line-profile inversions of a pair of Zeeman sensitive/insensitive iron lines yield an average surface magnetic-flux density of 542+-72 G. The time series for 2008 is modulated by the stellar rotation as well as the orbital motion, such that the magnetic flux is generally weaker during times of periastron and that the chromospheric emissions vary in anti-phase with the magnetic flux. We also identify a broad and asymmetric lithium line profile and measure an abundance of log n(Li) = 1.70+-0.05. The star's position in the H-R diagram indicates a mass of 1.2+-0.1 Msun and an age of 6-7 Gyr. We interpret the anti-phase relation of the magnetic flux with the chromospheric emissions as evidence that there are two magnetic fields present at the same time, a localized surface magnetic field associated with spots and a global field that is oriented towards the (low-mass) secondary component.

研究の動機と目的

• 長期間にわたる多波長観測を用いて、進化した活性K0IV-III型星HD 123351における磁気活動の性質を調査すること。
• 高離心率連星系における公転運動が磁気活動を誘発または変調するかどうかを特定すること。
• 片線スペクトロスコピック連星としての非同期的回転と持続的なスポット領域の起源を解明すること。
• 連星間磁場が表面磁場フラックスおよび光球層放射に影響を与える仮説を検証すること。

提案手法

• 2006年から2010年までの間、955枚の高分解能STELLAエッケルスペクトルを取得し、径速度変動を測定して軌道解を導出する。
• ポツダム自動光電望遠鏡（APT）を用いて12年間にわたる$VI_C$バンド光度測光観測を実施し、星の自転周期を決定する。
• H$α$、Ca ii H&K、He i D3線の時間系列解析を実施し、光球層活動の変調を検出する。
• ゼーマン感受性および感受性なしの鉄線の線幅プロファイル反転技術を用いて、表面磁場フラックス密度を測定する。
• MESA星のモデルを用いてKüker-Stixの非対称回転コードを適用し、対流トランジット時間とロスビー数を推定する。
• ヒッパルコス視差と進化軌道を組み合わせて質量と年齢を推定し、リチウム線の非対称性を分析して同位体寄与を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HD 123351の高離心率連星軌道は、主星における磁気活動を誘発または変調するか？
• RQ2 主星が58.32日という周期で非同期的回転しており、予想される擬似同期値よりも著しく遅れているのはなぜか？
• RQ3 近日点付近で顕著な反位相的変調が観測される光球層放射と磁場フラックスの関係は、どのような原因によるか？
• RQ4 観測された磁場および活動サイクルに影響を与える連星間磁場の存在に証拠はあるか？
• RQ5 150°の経度的隔たりを示す持続的で長寿命のスポット領域の起源は何か？

主な発見

• HD 123351は、公転周期147.8919 ± 0.0003日、離心率0.8086 ± 0.0001の片線スペクトロスコピック連星であり、活性連星における最も高精度な軌道解（rms = 47 m s⁻¹）を達成した。
• 星の自転周期は58.32 ± 0.01日であり、予想される擬似同期値よりも5倍も遅い回転である。
• 12年間にわたって観測された2つの持続的スポット領域は、経度的隔たり150° ± 17°であり、効果温度より約1160 K低い温度で、表面の5–10%を覆っていた。
• 光球層放射線（Ca ii H&K、H$α$、Ca ii赤外三重線）のフラックスは約10⁶ erg cm⁻² s⁻¹であり、He i D3線の検出により非熱的加熱過程が確認された。
• ゼーマン幅拡張解析により、表面磁場フラックス密度の平均は542 ± 72 Gであり、公転周期による弱い変調が観測され、近日点でフラックスが低かった。
• 磁場フラックスと光球層放射の反位相的関係—近日点で最小—は、フラックス希釈および非同期的回転を引き起こす連星間磁場の存在を示唆する。