[論文レビュー] Chromospheric activity and rotation of FGK stars in the solar vicinity. An estimation of the radial velocity jitter

R. Martínez-Arnáiz, J. Maldonado+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 23, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 60被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、高分解能エケルスケスペクトロスコピーを用いて、太陽型星の近傍FGK型星371顆に対して、高精度なコアスフィア的活動度および回転速度の測定を実施した。活動度指標間の経験的フラックス・フラックス関係を確立し、R′HKに基づくジッターモデルを適用することで、活動度に起因する径速度ジッターを推定し、太陽型星の径速度サーベイにおける系外惑星探査のための重要なノイズ地板を提供した。

ABSTRACT

Context: Chromospheric activity produces both photometric and spectroscopic variations that can be mistaken as planets. Large spots crossing the stellar disc can produce planet-like periodic variations in the light curve of a star. These spots clearly affect the spectral line profiles and their perturbations alter the line centroids creating a radial velocity jitter that might contaminate" the variations induced by a planet. Precise chromospheric activity measurements are needed to estimate the activity-induced noise that should be expected for a given star. Aims: We obtain precise chromospheric activity measurements and projected rotational velocities for nearby (d < 25 pc) cool (spectral types F to K) stars, to estimate their expected activity-related jitter. As a complementary objective, we attempt to obtain relationships between fluxes in different activity indicator lines, that permit a transformation of traditional activity indicators, i.e, CaII H & K lines, to others that hold noteworthy advantages. Methods: We used high resolution (~50000) echelle optical spectra. To determine the chromospheric emission of the stars in the sample, we used the spectral subtraction technique. Rotational velocities were determined using the cross-correlation technique. To infer activity-related radial velocity (RV) jitter, we used empirical relationships between this jitter and the R'_HK index. Results: We measured chromospheric activity, as given by different indicators throughout the optical spectra, and projected rotational velocities for 371 nearby cool stars. We have built empirical relationships among the most important chromospheric emission lines. Finally, we used the measured chromospheric activity to estimate the expected RV jitter for the active stars in the sample.

研究の動機と目的

• 太陽からの距離25 pc以内の近傍FGK型星371顆について、コアスフィア的活動度および投影回転速度（v sin i）を測定すること。
• 異なるコアスフィア的発光線間の経験的フラックス・フラックス関係を導出し、活動度指標の相互キャリブレーションを可能にする。
• 測定可能なコアスフィア的活動度を持つ星に対して、経験的R′HK–ジッター関係を用いて活動度に起因する径速度ジッターを推定すること。
• 径速度サーベイにおける星の活動度を径速度ノイズの原因として定量化することで、系外惑星探査を支援すること。
• 惑星の信号と活動度に起因する変動を区別するため、惑星探査の信頼性を向上させること。

提案手法

• 2.2 m望遠鏡（カラホ）およびラ・パルマのTelescopio Nazionale Galileoを用いて、高分解能（R ~ 50,000）のエケルスケスペクトロスコピーを取得した。
• 標準的なデータ還元をIRAFエケルスケパッケージを用いて実施し、校正済みで連続スペクトル正規化済みスペクトルを得た。
• スペクトル差分を用いてコアスフィア的発光線を分離し、差分スペクトルにおける等価幅を測定した。
• 測定された等価幅を経験的フラックス-等価幅関係を用いて、活動度指標の絶対フラックスに変換した。
• 合成星スペクトルテンプレートを用いた相互相関法を用いて、投影回転速度を導出した。
• 過去の観測的キャリブレーションに基づく、R′HKとジッター振幅の経験的関係を用いて、径速度ジッターを推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 近傍FGK型星のサンプルにおいて、複数の光学発光線（Ca ii H&K、Hα、Hβなど）を用いて測定されたコアスフィア的活動度のレベルは何か？
• RQ2 光学スペクトル全域にわたり、異なるコアスフィア的発光線（例：Ca ii H&K、Hα、Hβ）のフラックスはどのように相関しているか？
• RQ3 測定されたR′HK値に基づいて、これらの星に起因する活動度に起因する径速度ジッターはどの程度期待されるか？
• RQ4 従来の活動度指標（例：Ca ii H&K）を、より優位な指標（例：Hα）に変換するための経験的フラックス・フラックス関係を確立できるか？
• RQ5 コアスフィア的活動度が、低質量系外惑星の径速度法による探査可能性にどの程度制限を及えるか？

主な発見

• 太陽からの距離25 pc以内の371顆のFGK型星について、高精度でコアスフィア的活動度測定値およびv sin i値を提供し、均質的かつ高精度なデータセットを構築した。
• 主なコアスフィア的発光線間の経験的フラックス・フラックス関係を確立し、光学スペクトル全域にわたる活動度指標の相互キャリブレーションを可能にした。
• R′HKに基づく経験的関係を用いて、活動度に起因する径速度ジッターを、活動度が高い星に対して推定した。ピーク・トゥ・ピーク振幅は、 spots の覆い範囲や回転に応じて最大数100 m s⁻¹に達した。
• 星の活動度、特に大規模で長寿命の spots が、径速度ノイズの主要因であることが確認され、低質量惑星の探査を制限する要因となっている。
• サンプルにはR′HK値が-5.39から-3.66までの星が含まれており、系外惑星サーベイに適した広範な活動度レベルをカバーしている。
• 本研究は、径速度サーベイにおける重要なノイズ地板を提供し、惑星信号と活動度に起因する変動をより明確に区別できるようにした。