[論文レビュー] Dynamo Sensitivity In Solar Analogs With 50 Years Of Ca Ii H & K Activity

Ricky Egeland, Willie Soon+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 15, 2016

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、マウント・ウィルソン天文台とロウエル天文台の50年間にわたるCa II H&K活動データを統合し、27個の太陽類縁星における磁気変動を分析した。その結果、太陽の11年周期的変動は、その近隣の星々の中でまれであることが判明した。研究では、太陽に類似した周期的性質を示す星の割合が非常に小さいことが判明し、太陽のダイナモ行動はそのパrameter空間において特異な事例である可能性を示唆している。

ABSTRACT

The Sun has a steady 11-year cycle in magnetic activity most well-known by the rising and falling in the occurrence of dark sunspots on the solar disk in visible bandpasses. The 11-year cycle is also manifest in the variations of emission in the Ca II H & K line cores, due to non-thermal (i.e. magnetic) heating in the lower chromosphere. The large variation in Ca II H & K emission allows for study of the patterns of long-term variability in other stars thanks to synoptic monitoring with the Mount Wilson Observatory HK photometers (1966-2003) and Lowell Observatory Solar-Stellar Spectrograph (1994-present). Overlapping measurements for a set of 27 nearby solar-analog (spectral types G0-G5) stars were used to calibrate the two instruments and construct time series of magnetic activity up to 50 years in length. Precise properties of fundamental importance to the dynamo are available from Hipparcos, the Geneva-Copenhagen Survey, and CHARA interferometry. Using these long time series and measurements of fundamental properties, we do a comparative study of stellar "twins" to explore the sensitivity of the stellar dynamo to small changes to structure, rotation, and composition. We also compare this sample to the Sun and find hints that the regular periodic variability of the solar cycle may be rare among its nearest neighbors in parameter space.

研究の動機と目的

• 太陽の規則的な11年周期の磁気活動が、太陽類縁星において一般的なものかどうかを調査すること。
• 質量、回転、組成、構造のわずかな変化が星のダイナモに与える感度を評価すること。
• 太陽の双子星における長期的磁気活動パターンが、太陽の行動とどのように比較できるかを特定すること。
• 近隣の主系列星の文脈において、太陽周期の独自性を評価すること。

提案手法

• マウント・ウィルソン天文台（1966–2003年）とロウエル天文台（1994年以降）の50年間にわたるCa II H&K活動時系列データを、重複する測定値を用いて統合した。
• 2つの独立した機器（MWO HK と SSS）からのデータを補正・統合し、一貫性のある長期的活動ライトカーブを生成した。
• ハイパーシャルズ、ジェネヴァ・コペンハーゲン調査、CHARA干渉計を用いて高精度な基本パラメータを取得した27個の太陽類縁星（0.59 ≤ B−V ≤ 0.69）を選定した。
• 周期ogram解析と周期的変動の特徴づけに用いるサイクル品質指標（Q_cyc）を適用し、長期的変動パターンを検出・特徴づけた。
• 変動の程度をサンプル全体で評価するため、中央値活動度、長期的（A_98）および短期的アテネュードを用いた。
• パラメータ空間における距離尺度を用いて星の双子を特定し、類似星間でのダイナモ行動を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽の11年周期の磁気活動は、近隣の太陽類縁星におけるダイナモ行動の代表的特徴であるか？
• RQ2 星の回転が、長期的磁気活動の振幅および周期性に与える影響は何か？
• RQ3 太陽の安定した11年周期に類似したサイクル品質（Q_cyc）を示す太陽類縁星の割合はどの程度か？
• RQ4 同じ基本的パラメータ（質量、半径、金属量）を持つ星は、類似した長期的活動パターンを示すか？
• RQ5 太陽類縁星において、規則的なサイクルと比較して、複数のダイナモモードまたはカオス的変動がより一般的に見られるか？

主な発見

• HD 81809 と HD 197076 の2つの星のみが、太陽の Q_cyc = 59 から10％以内のサイクル品質（Q_cyc）値を示し、極めて規則的な周期的変動であることが示された。
• HD 20630 は2つの明確な変動周期（5.7年および驚くべき36年周期）を示しており、長期間にわたるデータからのみその36年周期が確認された。
• HD 224930 は1つの38年周期を示し、Q_cyc = 44 と高く、太陽周期に類似しているが、急激な上昇と緩やかな減衰を示した。
• サンプルの15％（5/28）が Q_cyc > 40 であり、主観的に太陽に類似した周期的変動を示した一方、大多数（20/28）は不規則または平坦な活動を示した。
• 変動の振幅は回転速度に線形に比例しており、速く回転する星は、長期的および短期的両スケールで太陽周期の振幅の約2倍の変動を示した。
• 同じ基本的パラメータを持つ星（星の双子）は、中央値活動度と変動アテネュードを共有する傾向があり、類似したシステムにおけるダイナモの安定性を示唆している。