[論文レビュー] HD 38858: a solar type star with a $\sim$10.8 yr activity cycle. Searching for Balmer and metallic line variations

M. Flores, J. F. González+6 more|arXiv (Cornell University)|Sep 14, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 46被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、HARPSおよびCASLEOの分光データを用いて、太陽類縁星HD 38858に10.8年周期のコアスフィア活動サイクルを特定した。Hα線のプロファイル形状の変化（統計的モーメントを用いて測定）が、標準的なCa ii H&K活動指数と強く相関することを示し、活動サイクルの検出において、フラックスに基づく測定よりも信頼性の高いプロキシとしての有効性を示している。

ABSTRACT

Context. The detection of chromospheric activity cycles in solar-analogue and twin stars, can be used to put in context the solar cycle. However, there is a relatively low percentage of these stars with activity cycles detected. It is well known that the cores of Ca II H&K lines are modulated by stellar activity. The behaviour of Balmer and other optical lines with stellar activity is not yet completely understood. Aims. To search for Ca II H&K, Balmer and Fe II line variations modulated by the stellar activity. In particular, we apply a novel strategy to detect possible shape variations in the Hα line. Methods. We analyse activity signatures in HD 38858 by using HARPS and CASLEO spectra obtained between 2003 and 2017. We calculate the Mount Wilson index (S$_{MW}$), log($\mathrm{R}'_\mathrm{HK}$) and the statistical moments of Ca II H&K, Balmer and other optical lines. We search for periodicities by using the generalized Lomb-Scargle periodogram. Results. We detect a long-term activity cycle of 10.8 yr in Ca II H&K and Hα, being HD 38858 one of the most similar stars to the Sun for which a cycle has been detected. In contrast, this cycle is marginally detected in the Fe II lines. Also, we detect a noticeable radial velocity variation, which seems to be produced by stellar activity. Conclusions. HD 38858 is the second solar-analogue star where we find a clear activity cycle which is replicated by Balmer lines. Spectral indexes based on the shape of Hα seems to be more realiable than the fluxes in the same line to detect activity variations. On the other hand, the cyclic modulation detected gives place to a radial velocity variation, previously associated to a super-Earth planet. Finally, due to the similarity of HD 38858 with the Sun, we recommend to continue monitoring this star.

研究の動機と目的

• 長期間にわたるコアスフィア活動サイクルを、太陽類縁星に対して多エポック分光法を用いて検出すること。
• 標準的なCa ii H&K指数を超えて、バルマー線（Hα、Hβ）およびFe ii線が星の活動に応じて形状やフラックスに変化を示すかどうかを調査すること。
• Hα線プロファイル形状が、フラックスベースのインデックスと比較して、代替的な活動プロキシとしての信頼性を検証すること。
• 以前にスーパーエアス惑星の原因とされた疑義のある径速度信号が、星の活動由来であるかどうかを評価することで、その解釈の曇りを解消すること。
• 径速度サーベイにおいて使用可能な、強固なマルチライン活動指標を特定することで、星の磁気サイクルの検出を向上させること。

提案手法

• 2003年から2017年までの間、HARPSおよびCASLEO望遠鏡から高分解能分光データを取得した。
• コアスフィア活動レベルを定量化するために、マウント・ウィルソンS指数およびlog(R'HK)を計算した。
• Ca ii H&K、Hα、Hβ、Fe ii線の統計的モーメント（例：尖度、歪度）を計算し、プロファイル形状の変化を検出した。
• 14年間のベースラインで活動インデックスの周期性を探索するために、一般化されたLomb-Scargle周期解析を適用した。
• 径速度変動を活動サイクルの位相と比較し、惑星由来か星の活動由来かを評価した。
• ピアソン係数を用いて、Hαフラックス（I_Hα）とlog(R'HK)の相関関係を評価し、先行研究と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HD 38858は長期間にわたるコアスフィア活動サイクルを示すか。その周期は何か？
• RQ2 バルマー線（Hα、Hβ）およびFe ii線は、Ca ii H&K活動サイクルと相関する形状変化またはフラックス変化を示すか？
• RQ3 Hα線プロファイル形状は、コアフラックスよりも星の活動をより信頼性の高い指標として示せるか？
• RQ4 以前にスーパーエアス惑星の原因とされた径速度変動は、星の活動由来で説明可能か？
• RQ5 Hαフラックスとlog(R'HK)の相関関係は、先行研究で得られた他の星との相関関係と比較してどう異なるか？

主な発見

• HD 38858のCa ii H&K線およびHα線プロファイル形状の両方で、明確な10.8年周期の活動サイクルが検出された。
• Hα線の尖度およびその他の形状モーメントは、活動サイクルと位相を同じくしており、log(R'HK)との強固な相関を示している。
• Hαコアのフラックス（I_Hα）はlog(R'HK)と有意な相関を示さず、Gomes da Silvaら（2014）の結果と一致したが、形状の変化は検出可能であった。
• 4924 Åおよび5018 ÅのFe ii線はわずかな変調しか示さず、コアスフィアサイクルへの感受性が弱いことが示唆された。
• 以前にスーパーエアス惑星と解釈されていた420日周期の径速度信号は、星の活動変調と整合的であることが示された。
• 本研究は、特にI_Hαとlog(R'HK)の相関が見られない場合に、Hαプロファイル形状が太陽類縁星においてフラックスよりも信頼性の高い活動プロキシであることを確認した。