[論文レビュー] CARMENES input catalog of M dwarfs: VI. A time-resolved Ca II H&K catalog from archival data

V. Perdelwitz, M. Mittag+16 more|arXiv (Cornell University)|Aug 20, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 76被引用数 32

ひとこと要約

本研究では、7台の望遠鏡で得られた分光データのアーカイブから、186個のM型矮星について時間分解能のあるR′HKカタログを構築した。PHOENIXの合成スペクトルを用いて、複数の機器間で一貫したコアスフィア活動レベルを抽出した。この手法により、磁気活動の長期的モニタリングが可能となり、M型矮星における3つの新しい星間活動周期の可能性のある発見に繋がった。

ABSTRACT

Context. Radial-velocity (RV) jitter caused by stellar magnetic activity is an important factor in state-of-the-art exoplanet discovery surveys such as CARMENES. Stellar rotation, along with heterogeneities in the photosphere and chromosphere caused by activity, can result in false-positive planet detections. Hence, it is necessary to determine the stellar rotation period and compare it to any putative planetary RV signature. Long-term measurements of activity indicators such as the chromospheric emission in the Ca II H&K lines (RHK′) enable the identification of magnetic activity cycles. Aims. In order to determine stellar rotation periods and study the long-term behavior of magnetic activity of the CARMENES guaranteed time observations (GTO) sample, it is advantageous to extract RHK′ time series from archival data, since the CARMENES spectrograph does not cover the blue range of the stellar spectrum containing the Ca II H&K lines. Methods. We have assembled a catalog of 11 634 archival spectra of 186 M dwarfs acquired by seven different instruments covering the Ca II H&K regime: ESPaDOnS, FEROS, HARPS, HIRES, NARVAL, TIGRE, and UVES. The relative chromospheric flux in these lines, RHK′, was directly extracted from the spectra by rectification with PHOENIX synthetic spectra via narrow passbands around the Ca II H&K line cores. Results. The combination of archival spectra from various instruments results in time series for 186 stars from the CARMENES GTO sample. As an example of the use of the catalog, we report the tentative discovery of three previously unknown activity cycles of M dwarfs. Conclusions. We conclude that the method of extracting with the use of model spectra yields consistent results for different instruments and that the compilation of this catalog will enable the analysis of long-term activity time series for a large number of M dwarfs. © ESO 2021.

研究の動機と目的

• CARMENES GTOに属するM型矮星の星の自転周期を特定し、長期的な磁気活動挙動を調査すること。
• CARMENES分光計がCa ii H&K線が存在する青色領域をカバーしていないという制限を克服すること。
• 複数の機器から得たアーカイブ分光データを用いて、一貫性のある時系列R′HK測定値を生成すること。
• 星間活動周期の同定を可能とし、径速度サーベイにおける偽陽性惑星の低減を改善すること。

提案手法

• ESPADONS, FEROS, HARPS, HIRES, NARVAL, TIGRE, UVESの7台の機器を用いて、186個のM型矮星の11,634件のアーカイブ分光データからR′HK値を抽出した。
• Ca ii H&K線核周辺の狭帯域フィルタを用いて、相対的なコアスフィア放射度を測定した。
• スペクトルの補正と正規化を実施するため、PHOENIXの合成スペクトルを用い、機器間の一貫性を確保した。
• 多項式摂動テストを用いて、径速度のずれや機器効果に対する手法の安定性を検証した。
• 古典的Sインデックスと比較し、正確性と系統的オフセットの有無を評価した。
• スペクトルカバレッジの違いがあるにもかかわらず、この手法が機器間で一貫したR′HK値をもたらすことを示した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M型矮星に対して、複数の機器から得たアーカイブ分光データから一貫性のある時系列R′HKを抽出できるか？
• RQ2 特に活動周期の観点から、M型矮星における磁気活動の長期的挙動はいかなるものか？
• RQ3 モデルに基づくR′HK抽出手法は、古典的Sインデックスと比較して正確性と安定性に優れているか？
• RQ4 この時間分解能のあるカタログを用いて、以前に未知であった活動周期を同定できるか？
• RQ5 機器のばらつきがR′HK測定値に与える影響はどの程度で、それを軽減できるか？

主な発見

• PHOENIXの合成スペクトルを用いたR′HK抽出手法は、スペクトルカバレッジや分解能の違いがあるにもかかわらず、7台の異なる機器間で一貫した結果をもたらした。
• CARMENES GTOサンプルに属する186個のM型矮星について、時間系列R′HK測定値が提供され、長期的な活動モニタリングが可能になった。
• 得られた時系列データを用いて、M型矮星に以前に未知であった3つの星間活動周期が、仮に同定された。
• PHOENIXモデルが青波長域で放射度を低く見積もっていることにより、過去のSインデックスに基づくR′HK値に系統的オフセットが生じており、特に低活動星に顕著であった。
• モデルに基づくアプローチは、古典的Sインデックス法よりも機器のばらつきに対してより頑健であることが示された。
• このカタログは継続的に更新されており、今後のM型矮星の自転周期および活動周期に関する研究の基盤を提供している。