[論文レビュー] Cycles of the magnetic activity of the Sun and solar-type stars and simulation of their fluxes

Е. А. Бруевич, И. К. Розгачева|arXiv (Cornell University)|Apr 5, 2012

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、太陽および星のコロナ層フラックスデータにウェーブレット解析とフーリエ解析を適用し、太陽の磁気活動に複数の周期性が存在することを明らかにした。11年、22年、40–50年、100–120年周期に加え、準2年周期および1.3年周期も同定された。13個の太陽型星を用いて、コロナ層Ca IIフラックス変動を模擬する3成分モデルを構築した。このモデルは、ベースラインフラックスと活動領域寄与に基づき、活動周期を正確に予測可能であり、主な発見として、活動領域がK型星では最大で全フラックスの20%を占めること、太陽ではわずか0.1%にとどまることを示した。

ABSTRACT

The application of the Wavelet analysis and Fourier analysis to the dataset of variations of radiation fluxes of solar-like stars and the Sun is examined. In case of the Sun the wavelet-analysis helped us to see a set of values of periods of cycles besides "11-year" cycle: the long-duration cycles of 22-year, 40-50 year and 100-120 year and short-duration cycles of 2-3,5 years and 1,3-year. We present a method of the chromospheric flux simulation using the 13 late-type stars, which have well-determined cyclic flux variations similar to the 11-year solar activity cycle. Our flux prediction is based on the chromospheric calcium emission time series measurements from the Mount Wilson Observatory and comparable solar dataset. We show that solar three - component modeling well explains the stellar chromospheric observations.

研究の動機と目的

• 高精度な時系列解析を用いて、太陽および星の磁気活動における多スケール周期性を同定・特徴付ける。
• 観測された活動周期に基づき、太陽型星におけるコロナ層フラックス変動を予測するモデルを構築する。
• 異なる星型における活動領域が全コロナ層フラックスに与える寄与度を定量化する。
• Mount Wilson HKプロジェクトの標準化されたSインデックス測定値を用いて、太陽のコロナ層活動と太陽型星の活動を比較する。

提案手法

• 1700–2005年の306年間にわたるウルフ数データにウェーブレット解析とフーリエ解析を適用し、太陽磁気活動の周期性を同定した。
• 13個の太陽型星（11年周期が明確に定義されたもの）の長期間にわたるSインデックス時系列データを、モデルのキャリブレーションに用いた。
• 3成分フラックスモデル（ベースライン[BASAL]、周期的コロナ層ネットワーク[P_CaII]、活動領域[AR]寄与）を構築した。
• 式(5)および(6)を用いて、周期の任意の位相t/Tにおける全フラックスS_CaII(t)および周期的成分P_CaII(t)を計算した。
• 観測されたフラックス振幅および相対変動を用いてモデルパラメータ(a, b)をキャリブレーションし、P_minはBaliunasら(1995)のデータから導出した。
• 位相正規化時刻ステップ（t/T = 0.1～1.0）を用いて、太陽およびHD 81809の観測フラックス曲線との比較により、モデル予測の妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 11年周期に加え、太陽磁気活動に見られる多スケール周期性（11年周期を超えるもの）は何か？
• RQ2 活動領域がコロナ層フラックスに与える寄与度は、G型、K型、M型星および年齢によってどのように変化するか？
• RQ3 太陽型星に基づく3成分モデルは、11年周期を持つ星のコロナ層フラックス変動をどれほど正確に模擬できるか？
• RQ4 太陽の活動領域カバー率は、類似した活動周期を持つ他の太陽型星と比較してどの程度か？

主な発見

• ウェーブレット解析により、太陽は11年、22年、40–50年、100–120年、準2年周期（2–3.5年）、および1.3年周期の複数の周期性を示すことが明らかになった。
• モデル予測によると、K型星の活動周期最大期には、活動領域が全コロナ層フラックスの最大で10–20%を占める。
• 11年周期が検出できない若いK型およびM型星では、観測されたフラックス変動を説明するには、活動領域が星の表面の最大50%を覆う必要がある。
• 一方、明確な周期を持つG型星では、活動領域の表面被覆率は1–3%にとどまり、太陽ではわずか0.1%である。
• モデルは太陽およびHD 81809の観測フラックス曲線を正確に再現しており、位相正規化時刻ステップを用いた検証により、その予測能力が裏付けられた。
• 本研究では、太陽はその活動レベルにおいて活動領域被覆率の下限に位置しており、表面磁気特徴の観点から見ると、相対的に静穏な星であることが確認された。