[論文レビュー] Long-term magnetic activity of a sample of M-dwarf stars from the HARPS program II. Activity and radial velocity

J. Gomes da Silva, N. C. Santos+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 7, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 43被引用数 64

ひとこと要約

本研究では、中央基準期間5.9年を有する高精度HARPSデータを用いて、27個のM矮星における長期的な磁気活動と径速度(RV)変動を調査した。長期的な活動変動を示す星のうち36％が、磁気周期に起因する最大約5 m s⁻¹のRV変動を示した。これは、低質量系外惑星を径速度法で探索する際、活動に起因する信号を考慮に入れる必要があることを示している。

ABSTRACT

Due to their low mass and luminosity, M dwarfs are ideal targets if one hopes to find low-mass planets similar to Earth by using the radial velocity (RV) method. However, stellar magnetic cycles could add noise or even mimic the RV signal of a long-period companion. Following our previous work that studied the correlation between activity cycles and long-term RV variations for K dwarfs we now expand that research to the lower-end of the main sequence. Our objective is to detect any correlations between long-term activity variations and the observed RV of a sample of M dwarfs. We used a sample of 27 M-dwarfs with a median observational timespan of 5.9 years. The cross-correlation function (CCF) with its parameters RV, bisector inverse slope (BIS), full-width-at-half- maximum (FWHM) and contrast have been computed from the HARPS spectrum. The activity index have been derived using the Na I D doublet. These parameters were compared with the activity level of the stars to search for correlations. We detected RV variations up to ~5 m/s that we can attribute to activity cycle effects. However, only 36% of the stars with long-term activity variability appear to have their RV affected by magnetic cycles, on the typical timescale of ~6 years. Therefore, we suggest a careful analysis of activity data when searching for extrasolar planets using long-timespan RV data.

研究の動機と目的

• M矮星における長期的磁気活動と径速度(RV)変動の相関を調査すること。
• 星の磁気周期が、RVデータにおける低振幅の惑星信号を模倣または隠蔽する程度を評価すること。
• CCFパラメータ（BIS、FWHM、コントラスト）およびNa I D活動指数が、長期的活動をどの程度正確に代理できるかを評価すること。
• M矮星における活動に起因するRV変動が、サンプル全体で体系的か偶発的かを特定すること。
• 長期観測における活動関連のRVノイズを補正するための、系外惑星探索者への指針を提供すること。

提案手法

• ESO 3.6-m望遠鏡に搭載されたHARPSスペクトログラフを用いて、高精度の径速度測定値を取得した。
• 各スペクトルから交差相関関数(CCF)パラメータ（径速度(RV)、バイセクタ逆傾き(BIS)、半値全幅(FWHM)、コントラスト）を計算した。
• Na I D二重線インデックスを用いて、磁気周期の変動を追跡することで、長期的活動レベルを導出した。
• 中央基準期間5.9年間において、RVと活動指数、およびRVとCCFパラメータの間の統計的相関分析を実施した。
• 特にデータが十分にサンプリングされた星に対しては、周期的活動サイクルを正弦曲線フィッティングでモデル化した。
• 統計的しきい値を用いて相関の有意性を評価し、観測サンプリングおよびデータ期間の長さが検出可能性に与える影響を検討した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M矮星における長期的磁気活動サイクルが、1–5 m s⁻¹のレベルで検出可能な径速度変動をどの程度引き起こすか。
• RQ2 長期的な活動変動を示すM矮星のうち、活動とRV変動の間に有意な相関を示す割合はどの程度か。
• RQ3 CCFパラメータ（BIS、FWHM、コントラスト）は、Na I Dインデックスと比較して、M矮星における長期的活動をどの程度正確にトレースできるか。
• RQ4 活動とRVの相関関係は、特に後期のM矮星と初期のK矮星の間で一貫しているか。
• RQ5 活動に起因するRV変動が、長期基準期間のRV調査において、長周期低質量惑星の信号を模倣または隠蔽する可能性はあるか。

主な発見

• 長期的活動変動を示す14個のM矮星のうち36％が、活動とRVの間に有意な相関を示し、ピーク・トゥ・ピークのRV変動は最大約5 m s⁻¹に達した。
• 活動に起因する長期的RVルート・マンデュラス（rms）の中央値は1.5 m s⁻¹であり、太陽の予測値より低かったが、後期星に関する以前の研究の外挿と整合的であった。
• Gl 433のみが、最小周期4.6年で良好にフィットした正弦曲線的活動サイクルを示し、同様に4.8年周期のRV変動も検出された。
• 変動を示す星の43％で、活動とFWHMの間に有意な相関が確認され、CCF幅がM矮星における長期的活動の信頼できる代理指標であることが示された。
• 変動を示す星の21％で、活動とBISの間に逆相関が観測されたが、これは統計的に有意ではなかった。これは、初期のK矮星における報告とは対照的であった。
• コントラストは、14％のケースでのみ活動と弱い負の相関を示し、長期的変動の診断としての有効性は限定的であった。