[論文レビュー] Living with a Red Dwarf: FUV & X-ray emissions of dM stars and effects on hosted Planets

Scott G. Engle, E. F. Guinan+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 19, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、FUSE衛星観測を用いて、低質量赤色矮星（dM星）の遠紫外線（FUV）およびX線放射の時間的変化を調査し、磁気活動と星の年齢・回転の関係を明らかにした。主な発見では、FUV放射（O VIおよびC III線）の減少と年齢の増加の間に強い相関が確認され、最も古い星では放射が最も弱く、この結果はこれらの一般的な星の周囲の惑星の居住可能性に重要な意味を持つ。

ABSTRACT

Red Dwarf (dM) stars are overwhelmingly the most numerous stars in our Galaxy. These cool, faint and low mass stars make up more than 80% of all stars. Also dM stars have extremely long life times (longer than 50-100 Gyr). Determining the number of red dwarfs with planets and assessing planetary habitability (a planet's potential to develop and sustain life) is critically important because such studies would indicate how common life is in the universe. Our program - "Living with a Red Dwarf" - addresses these questions by investigating the long-term nuclear evolution and the coronal and chromospheric properties of red dwarf stars with widely different ages (~50 Myr -- 12 Gyr). One major focus of the program is to study the magnetic-dynamo generated coronal and chromospheric X-ray--FUV/UV emissions and flare properties of a sample of dM0--5 stars. Observations carried out by FUSE of a number of young to old dM stars provide important data for understanding transition region heating in these stars with deep convective zones as well as providing measures of FUV irradiances. Also studied are the effects of X-ray--FUV emissions on possible hosted planets and impacts of this radiation on their habitability. Using these data we are constructing irradiance tables (X-UV irradiances) that can be used to model the effects of XUV radiation on planetary atmospheres and possible life on planetary surfaces. The initial results of this program are discussed.

研究の動機と目的

• dM星のXUV放射を通じて、磁気活動の長期的進化を理解すること。
• dM星における星の年齢、回転周期、FUV/X線活動との関係を特定すること。
• dM星からの高エネルギー放射が惑星の大気および居住可能性に与える影響を評価すること。
• dM星の周囲で惑星大気の進化をモデル化するための放射照度表を作成すること。
• 光度およびスペクトロスコピックデータを用いて、dM星の年齢-回転関係を確立すること。

提案手法

• FUSE衛星を用いて、年齢が既知のdM星のFUV線（O VI 1032ÅおよびC III 977Å）を観測した。
• FUV線の統合フラックスを測定し、プロキシマ・ケンタウリまでの距離に補正して、星間比較を可能にした。
• ASAS-3およびFCAPTの光度曲線とFUSEデータを統合し、正確な回転周期を決定した。
• 運動学的所属（例：β Pic、Tuc-Hor、AB Dor、UMa群）および等時曲線フィットに基づく星の年齢推定を用いた。
• C III 1176/977のフラックス比を分析し、電子圧および遷移領域加熱を推定した。
• 放射照度データを収集し、系外惑星の大気光化学反応をXUV駆動でモデル化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 dM星のFUVおよびX線放射は、年齢とともにどのように変化するか？
• RQ2 異なる年齢のdM星において、回転周期と磁気活動の関係は何か？
• RQ3 dM星からの高エネルギーXUV放射は、惑星の大気および潜在的居住可能性にどのように影響を与えるか？
• RQ4 長期間の回転周期を持つdM星に対して、光度曲線から正確な回転周期を導出できるか？
• RQ5 深さの大きな対流領域は、dM星の遷移領域およびコロナの加熱に果たす役割は何か？

主な発見

• FUSE観測により、O VI（1032Å）およびC III（977Å）のFUV放射が星の年齢が増加するにつれて明確に減少しており、これはコロナおよび遷移領域活動の低下を示している。
• 三つの準主系列dM星（CD-64 1208、AU Mic、HIP 107345）は、表面積が大きいことが理由で、最も強いFUV放射を示しており、内在的な活動レベルが高いわけではない。
• 約5.8 Gyrのプロキシマ・ケンタウリは、サンプル内で最も弱いFUV放射を示しており、dM星でありながらも低活動であることが確認された。
• ASAS-3およびFCAPTの光度曲線から導かれた回転周期は、0.47日（HIP 31878）から149.7日（SZ UMa）の範囲にあり、後者はdM星として知られている最長の回転周期の一つである。
• IL Aqrは、再評価された回転周期116.46日を示しており、プロキシマ・ケンタウリよりも年齢が古い可能性を示しており、惑星系がより古いかつ、より安定している可能性がある。
• FUSE衛星は、1–6 Gyrの年齢ギャップにあるdM星の観測を計画していたが、予定前に故障したため、年齢-活動関係における重要な観測的空白が生じた。