[論文レビュー] Direct detection of a magnetic field in the photosphere of the single M giant EK Boo: How common is magnetic activity among M giants?

R. Konstantinova‐Antova, M. Aurière+7 more|arXiv (Cornell University)|Sep 10, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 40被引用数 23

ひとこと要約

本研究では、ベルナル・リョ・望遠鏡のNARVALを用いた高分解能分光偏光法により、単一のM5巨星EK Booの光球層における可変磁場の初回直接検出を報告する。縦磁場は-0.1 Gから-8 Gの間で変動し、2009年3月の複雑なストークスVプロファイルはダイナモ活動の可能性を示唆しており、磁気活動が以前考えられていたよりもM巨星に一般的である可能性を示している。

ABSTRACT

We study the fast rotating M5 giant EK Boo by means of spectropolarimetry to obtain direct and simultaneous measurements of both the magnetic field and activity indicators, in order to infer the origin of the activity in this fairly evolved giant. We used the new spectropolarimeter NARVAL at the Bernard Lyot Telescope (Observatoire du Pic du Midi, France) to obtain a series of Stokes I and Stokes V profiles for EK Boo. Using the Least Square Deconvolution technique we were able to detect the Zeeman signature of the magnetic field. We measured its longitudinal component by means of the averaged Stokes V and Stokes I profiles. The spectra also permitted us to monitor the CaII K&H chromospheric emission lines, which are well known as indicators of stellar magnetic activity. From ten observations obtained between April 2008 and March 2009, we deduce that EK Boo has a magnetic field, which varied in the range of -0.1 to -8 G. We also determined the initial mass and evolutionary stage of EK Boo, based on up-to-date stellar evolution tracks. The initial mass is in the range of 2.0-3.6 M_sun, and EK Boo is either on the asymptotic giant branch (AGB), at the onset of the thermal pulse phase, or at the tip of the first (or red) giant branch (RGB). The fast rotation and activity of EK Boo might be explained by angular momentum dredge-up from the interior, or by the merging of a binary. In addition, we observed eight other M giants, which are known as X-ray emitters, or to be rotating fast for their class. For one of these, beta And, presumably also an AGB star, we have a marginal detection of magnetic field, and a longitudinal component Bl of about 1G was measured. More observations like this will answer the question whether EK Boo is a special case, or whether magnetic activity is, rather, more common among M giants than expected.

研究の動機と目的

• 分光偏光法を用いて、単一のM巨星EK Booの光球層における磁場を直接検出し、特徴を特定すること。
• 特に高いX線放射度とコアスフィア活動を示す進化したM巨星における磁気活動の起源を調査すること。
• 磁気活動がM巨星において一般的な現象であるのか、それともEK Booのような希少例に限られるのかを特定すること。
• 更新された星の進化トレックを用いて、EK Booの進化状態と初期質量（2.0–3.6 M⊙）を評価すること。
• 磁気活動の広がりを評価するために、他のM巨星（特に高速回転およびX線放射星）における磁場探索を拡張すること。

提案手法

• スペクトル分解能65,000を有する2mベルナル・リョ望遠鏡のNARVAL装置を用いて、高分解能分光偏光データを取得した。
• スペクトル線におけるゼーマン分裂を検出するために、ストークスI（強度）およびストークスV（円偏光）プロファイルを測定した。
• 約12,700個のスピンラインを平均化し、平均縦磁場を抽出するために最小二乗デコンボリューション（LSD）手法を適用した。
• 磁場変動と相関するため、コアスフィア活動の指標としてCa ii KおよびHα発光ラインをモニタリングした。
• 星の進化モデルを用いて、EK Booの初期質量（2.0–3.6 M⊙）および進化段階（AGBまたは赤巨星回折の頂点付近）を推定した。
• 磁気活動の広がりを評価するために、X線放射星および高速回転星を含む8つの追加M巨星に対しても観測を拡張した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 単一のM巨星EK Booの光球層に磁場の直接的証拠はあるか？
• RQ2 EK Booにおける磁場の強さと時間的変動性は何か？
• RQ3 EK Booで観測された磁気活動は、ダイナモ過程によって説明可能か？もしそうなら、どのようなタイプのダイナモが作用しているのか？
• RQ4 特に高いX線放射度とコアスフィア活動を示すM巨星において、磁気活動はどれほど一般的か？
• RQ5 他のM巨星、特に高速回転またはX線放射星は、検出可能な磁場を有するのか？

主な発見

• EK Booにおける磁場は12か月間にわたり、縦成分が-0.1 Gから-8 Gの範囲で直接検出された。
• 2009年3月13日には、複雑で多成分構造を示すストークスVプロファイルが観測され、星内にダイナモが作用している可能性を示唆した。
• EK Booは初期質量が2.0–3.6 M⊙の単一星であり、アスキモティック・ギアントブランチ（AGB）上または赤巨星回折の頂点付近に位置すると考えられる。
• 磁場の変動性とコアスフィア活動（Ca ii K&H）が相関していることから、活動の磁気的起源を支持する証拠が得られた。
• β Andでは縦成分が-0.95 Gのわずかな磁場検出が得られ、他のM巨星における磁気活動の可能性を示唆した。
• EK Booにおけるリチウムの過剰が認められないことから、惑星の飲み込みが角運動量の源である可能性は低く、内部過程（角運動量の上昇）や連星合体がより妥当な説明であると考えられる。