[論文レビュー] Fine structure of the age-chromospheric activity relation in solar-type stars I: The Ca II infrared triplet: Absolute flux calibration

Diego Lorenzo-Oliveira, G. F. Porto de Mello+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 8, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 40被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、T_eff、[Fe/H]、log g に依存する高分解能・高S/N分光法および大気モデルを用いて、FGK星におけるCa II赤外線三重線（IRT）の新しい絶対フラックス校正を提示する。連続スペクトルのフラックス校正における内部不確かさは約2%にまで低減され、これは光度測定法の10倍の精度である。これにより、低活動・高齢星まで含めた精密なコアスフィアフラックス測定と、年齢-活動関係の研究が可能になる。

ABSTRACT

Strong spectral lines are useful indicators of stellar chromospheric activity. They are physically linked to the convection efficiency, differential rotation, and angular momentum evolution and are a potential indicator of age. However, for ages > 2 Gyr, the age-activity relationship remains poorly constrained thus hampering its full application. The Ca II infrared triplet (IRT lines) has been poorly studied compared to classical chromospheric indicators. We report in this paper absolute chromospheric fluxes in the three Ca II IRT lines, based on a new calibration tied to up-to-date model atmospheres. We obtain the Ca II IRT absolute fluxes for 113 FGK stars from high signal-to-noise ratio and high-resolution spectra covering an extensive domain of chromospheric activity levels. We perform an absolute continuum flux calibration for the Ca II IRT lines anchored in atmospheric models calculated as an explicit function of effective temperatures, metallicity, and gravities avoiding the degeneracy present in photometric continuum calibrations based solely on color indices. The internal uncertainties achieved for continuum absolute flux calculations are 2\% of the solar chromospheric flux, one order of magnitude lower than photometric calibrations. We gauge the impact of observational errors on the final chromospheric fluxes due to the absolute continuum flux calibration and find that $T_{ m eff}$ uncertainties are properly mitigated by the photospheric correction leaving [Fe/H] as the dominating factor in the chromospheric flux uncertainty. Across the FGK spectral types, the Ca II IRT lines are sensitive to chromospheric activity. The reduced internal uncertainties reported here enable us to build a new chromospheric absolute flux scale and explore the age-activity relation from the active regime down to very low activity levels and a wide range of $T_{ m eff}$, mass, [Fe/H], and age.

研究の動機と目的

• 2 Gyrを超える星における年齢-コアスフィア活動関係の制約が弱いことに対処する。
• 色指数依存性に起因するデゲネラシーを抱える光度測定法の連続スペクトル校正の限界を克服する。
• LTE大気モデルに anchored された物理的根拠に基づく、Ca II IRT線の絶対フラックス校正を開発する。
• さまざまな星のパラメータ（T_eff、[Fe/H]、log g）および活動レベルにおいて、一貫したコアスフィアフラックス測定を可能にする。
• コアスフィアフラックス推定値の内部不確かさを低減することで、年齢-活動関係の校正を改善する。

提案手法

• 広範なコアスフィア活動レベルをカバーする113個のFGK星の高S/N・高分解能分光スペクトルを取得する。
• T_eff、[Fe/H]、log g に明示的に依存するNMARCS LTEモデル大気を用いて、光球フラックスを計算する。
• これらのモデル大気に基づいて連続スペクトルフラックスを絶対校正し、色指数に起因するデゲネラシーを回避する。
• 光球補正を適用して、観測された全フラックスからコアスフィアフラックスを分離する。
• T_eff、[Fe/H]、log g による不確かさ寄与度を評価するため、モンテカルロシミュレーションを実施する。
• [Fe/H]バイアス補正済みHall（1996）のフラックスと照合し、σ = 0.29 × 10⁵ erg cm⁻² s⁻¹ の良好な一致を達成した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 モデルベースで多パラメータに依存する連続スペクトルフラックス校正は、光度測定法と比較してCa II IRTコアスフィアフラックス測定の不確かさを低減できるか？
• RQ2 T_eff、[Fe/H]、log g の不確かさは、最終的なコアスフィアフラックス推定値にどのように伝搬するか？
• RQ3 光球補正は、T_eff の不確かさがコアスフィアフラックス分散に与える影響をどの程度軽減するか？
• RQ4 この校正により、低活動・高齢の太陽型星における信頼性の高い年齢-活動関係研究が可能になるか？
• RQ5 この新しい校正は、Hall（1996）のような既存の絶対フラックス基準とどの程度一致するか？

主な発見

• 絶対連続スペクトルフラックス校正における内部不確かさは、太陽のコアスフィアフラックスの約2％にまで低減され、光度測定法に比べて10倍の精度向上を達成した。
• モンテカルロシミュレーションにより、T_eff の不確かさは光球補正によって効果的に低減され、[Fe/H]がコアスフィアフラックス不確かさの主因となることが示された。
• 各Ca II IRT線の内部コアスフィアフラックス誤差は0.3 × 10⁵ erg cm⁻² s⁻¹であり、典型的なコアスフィアフラックスレベルの約10％に相当する。
• [Fe/H]バイアス補正済みHall（1996）のフラックスと優れた一致を示し、残差分散はσ = 0.29 × 10⁵ erg cm⁻² s⁻¹であった。
• 本手法により、特に低活動・高齢星において、さまざまな星のパラメータにわたる一貫したコアスフィアフラックス測定が可能になった。
• 本校正は頑健であり、GAIA や RAVE などの大規模調査に応用可能であり、Ca II IRT領域の数百万個の晩期星を対象としている。