[論文レビュー] Long-term, Multiwavelength Light Curves of Ultra-cool Dwarfs: I. An Interplay of Starspots & Clouds Likely Drive the Variability of the L3.5 dwarf 2MASS 0036+18

Bryce Croll, Philip S. Muirhead+6 more|arXiv (Cornell University)|Sep 12, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、L3.5型褐色矮星2MASS 0036+18の長期的で多波長の光度測定を行い、自転周期が3.080 ± 0.001時間であることを明らかにした。光学的および近赤外域の波長間で顕著な位相シフトが認められないこと、加えて長波長域で変光振幅が減少していることから、1700 Kの光球層よりも約100 K高温または低温の星spotが主に変光を駆動していると示唆されるが、厚い雲が共存している可能性もあり、その光曲線を形作る要因として星spotと雲構造の複雑な相互作用が考えられる。

ABSTRACT

We present multi-telescope, ground-based, multiwavelength optical and near-infrared photometry of the variable L3.5 ultra-cool dwarf 2MASSW J0036159+182110. We present 22 nights of photometry of 2MASSW J0036159+182110, including 7 nights of simultaneous, multiwavelength photometry, spread over ~120 days allowing us to determine the rotation period of this ultra-cool dwarf to be 3.080 +/- 0.001 hr. Our many nights of multiwavelength photometry allow us to observe the evolution, or more specifically the lack thereof, of the light curve over a great many rotation periods. The lack of discernible phase shifts in our multiwavelength photometry, and that the amplitude of variability generally decreases as one moves to longer wavelengths for 2MASSW J0036159+182110, is generally consistent with starspots driving the variability on this ultra-cool dwarf, with starspots that are ~100 degrees K hotter or cooler than the ~1700 K photosphere. Also, reasonably thick clouds are required to fit the spectra of 2MASSW J0036159+182110, suggesting there likely exists some complex interplay between the starspots driving the variability of this ultra-cool dwarf and the clouds that appear to envelope this ultra-cool dwarf.

研究の動機と目的

• L3.5型褐色矮星2MASS 0036+18の光度変動の物理的起源を調査すること。
• 初期L型矮星における変動の主な駆動要因が星spotか雲の不均一性かを特定すること。
• 複数の自転周期にわたる光曲線の長期的安定性を評価し、一時的な雲特徴と恒久的な星spotの区別を図ること。
• スペクトルフィッティングを用いて、特に雲の光学厚さと温度構造を制約し、2MASS 0036+18の大気の物性を制約すること。
• 高タイムスケールの光度測定を用いて、系内に惑星食やフレアが存在する可能性を評価すること。

提案手法

• 光学的および近赤外域のバンドをカバーする複数の望遠鏡を用いて、22夜にわたる地上観測による光度測定を実施した。
• 7夜にわたる同時多波長光度測定を実施し、波長間での変動位相の直接比較を可能にした。
• 約120日間のベースライン観測データを用いて、光曲線を位相畳み込み法で処理し、自転周期を測定した。
• 観測されたスペクトルエネルギー分布をフィッティングすることで、雲の厚さおよび大気の温度構造を制約した。
• 多波長光曲線の位相シフトと振幅変化を分析し、星spotと雲による変動の区別を図った。
• Pinedaら（2016年）のHα検出データを用いて、星spotに一致する磁気活動の存在を裏付けた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 L3.5型矮星2MASS 0036+18の光度変動を駆動している主な物理的メカニズムは、星spotか不均一な雲カバーか、どちらが支配的か？
• RQ2 2MASS 0036+18の多波長光曲線に顕著な位相シフトが認められるか？ これは大気の不均一性の垂直構造に何を示唆するか？
• RQ3 2MASS 0036+18の光曲線は複数の自転周期にわたってどの程度安定しているか？ その安定性は、一時的な雲特徴よりも恒久的な星spotを支持するか？
• RQ4 観測された変動振幅およびその波長依存性は、光球層（1700 K）よりも約100 K高温または低温の星spotモデルをどの程度支持するか？
• RQ5 スペクトルフィッティングから導かれる厚い雲の存在は、多波長間で顕著な位相シフトがないことと調和するか？

主な発見

• 2MASS 0036+18の自転周期は、120日間の光度測定から3.080 ± 0.001時間と測定された。
• 光学的および近赤外域の光曲線間に顕著な位相シフトは検出されず、変動の原因が複数の大気圧力レベルにわたって一貫している可能性を示唆している。
• 光度変動の振幅は波長が長くなるに従って減少しており、これは1700 Kの光球層よりも約100 K高温または低温の星spotに一致する特徴である。
• スペクトルフィッティングの結果、2MASS 0036+18の大気はやや厚い雲に包まれており、雲と星spotの複雑な相互作用が考えられる。
• 複数の自転周期にわたる光曲線の顕著な変化の欠如は、変動の主なメカニズムが安定しており、長期間にわたる星spotまたは均一に分布した雲特徴に一致していることを示唆している。
• 顕著な位相オフセットが認められず、Hα放射の存在（Pinedaら、2016年）が確認されていることから、星spotが変動の主な駆動要因である可能性が支持されるが、雲が二次的な役割を果たしている可能性もある。