[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 3

ひとこと要約

本研究では、L3.5型褐色矮星2MASS 0036+18について120日間の多波長光度測定を実施し、最小限の光曲線の変化を伴う3.080 ± 0.001時間の自転周期を特定した。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動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が主な変動要因であると示唆される。一方で、厚い多層構造の雲との複雑な相互作用も可能性として考えられる。

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の複数の波長域における長期的光度変動を特徴づけること。
• 変動の主な原因が星spot、雲の光学厚さの変化、またはオーロラ活動のいずれであるかを特定すること。
• 100回を超える自転周期にわたる光曲線の安定性および進化を評価すること。
• 雲の存在を制約し、大気温度対比を調節する役割を評価すること。

提案手法

• 光学的および近赤外域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。
• 7夜にわたる同時多波長観測を実施し、光曲線の位相を直接比較可能とした。
• 約120日間の観測データを用いて、光曲線の重ね合わせと位相解析により自転周期を測定。
• スペクトルエネルギー分布のフィッティングにより、雲の性質および大気温度構造を推定。
• 波長依存の変動振幅の傾向を分析し、星spot駆動モデルと雲駆動モデルを区別。
• 光度測定によるフレア発生率の評価と、軌道移行を示す惑星の存在を除外。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 L3.5型褐色矮星2MASS 0036+18の光度変動を引き起こす主な物理的メカニズムは何か？
• RQ2 多波長光曲線に顕著な位相シフトが見られるか。その結果、不均一性の性質に何を示唆するか？
• RQ3 光曲線の振幅および形状は、複数の自転周期にわたってどのように変化するか？
• RQ4 雲と星spotが観測された変動を形作る上で、どれほど共存し相互作用しているか？
• RQ5 変動は単一のメカニズムに起因しているのか、それとも星spotと多層構造の雲の組み合わせが必要か？

主な発見

• 2MASS 0036+18の自転周期は、120日間の観測期間中に3.080 ± 0.001時間と正確に測定された。
• 多波長光曲線間に顕著な位相シフトは観測されず、単一層の雲の光学厚さ変化よりも星spotまたは多層構造の雲を支持する。
• 変動振幅は波長が長くなるに従い減少し、1700 Kの光球層よりも約100 K高温または低温の星spotと整合的である。
• スペクトルフィッティングから、顕著で比較的厚い雲が褐色矮星を包囲していることが示唆され、表面の不均一性と複雑な相互作用があると考えられる。
• 自転周期から周期へと光曲線に最小限の進化が認められ、L/T遷移矮星で観測される急速な変動進化とは対照的である。
• 光学的・近赤外域のフレアが認められず、軌道移行を示す惑星の存在も否定されたことから、変動の原因はそれらのメカニズムではない。