[論文レビュー] Magnetic activity in the HARPS M-dwarf sample. The rotation-activity relationship for very low-mass stars through R'HK

N. Astudillo-Defru, X. Delfosse+4 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Oct 27, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 74被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、高分解能HARPS分光法を用いて、低質量および非常に低質量星（M矮星）における$R^{\'\prime}_{HK}}$インデックスのキャリブレーションを実施し、回転-活動関係を確立した。$R^{\'\prime}_{HK}}$は10日未塔の回転周期では約$10^{-4}$で飽和し、0.6 M$_\odot$未塔の質量では活動度が低下することが判明した。また、平均活動度と相関する短期的変動性が強く示された。

ABSTRACT

Atmospheric magnetic fields in stars with convective envelopes heat stellar chromospheres. Starting with the historical Mount Wilson monitoring program, CaH&K lines have been widely used to trace stellar magnetic activity, and as a proxy for rotation period and consequently for stellar age. Monitoring stellar activity has also become essential in filtering out false-positives due to magnetic activity in extra-solar planet surveys. The Ca H&Kemission is traditionally quantified through the R'HK-index, which compares the chromospheric flux in the doublet to the overall bolometric flux of the star. Much work has been done to characterize this index for FGK-dwarfs, but M-dwarfs were left out of these analyses and no calibration of their Ca ii H&K emission to an R'HK exists to date. We set out to characterize the magnetic activity of the low and very low-mass stars by providing a calibration of the R'HK-index that extends to the realm of M-dwarfs, and by evaluating the relation between R'HK and the rotation period. We calibrated the bolometric and photospheric factors for M-dwarfs to properly transform the S-index into the R'HK. We monitored magnetic activity through the Ca ii H&K emission lines in the HARPS M-dwarf sample. The R'HK index, like the fractional X-ray luminosity L_X/Lbol, shows a saturated correlation with rotation, with saturation setting in around a ten days rotation period. Above that period, slower rotators show weaker Ca ii activity, as expected. Under that period, the R'HK index saturates to ~10^-4. Stellar mass modulates the Ca ii activity, with R'HK showing a constant basal activity above 0.6Msun and then decreasing with mass between 0.6Msun and the fully-convective limit of 0.35Msun. Short-term variability of the activity correlates with its mean level, stars with higher R'HK index show larger R'HK variability, as previously observed for earlier spectral types.

研究の動機と目的

• 低質量および非常に低質量星（M矮星）における$R^{\'\prime}_{HK}}$インデックスのキャリブレーションを実施し、これまでは先行研究が存在しなかった分野をカバーすること。
• M矮星における$R^{\'\prime}_{HK}}$と回転周期の関係を確立すること。
• 星の質量がM矮星におけるコアリスフェア活動度にどのように影響するかを定量化すること。
• 短期的変動性の$R^{\'\prime}_{HK}}$を評価し、平均活動度レベルとの相関関係を検証すること。
• M矮星系における径速度ジッターをフィルタリングするための信頼性の高い活動度プロキシとしての$R^{\'\prime}_{HK}}$の支援を提供すること。

提案手法

• M矮星における$R^{\'\prime}_{HK}}$への変換のため、全波長放射度およびフォトスフィア的要因をキャリブレーションし、Ca ii HおよびK線のフラックス（近接連続スペクトルに対する相対的フラックス）を表すSインデックスを$R^{\'\prime}_{HK}}$に変換した。
• M矮星のサンプルを用いて、高分解能HARPS分光法を用いてCa ii HおよびK線の放射線を測定した。
• 各星の複数観測から中央値$R^{\'\prime}_{HK}}$とその分散を計算した。
• 周期ogram解析を用い、データから得られた回転-活動関係（式12）を用いて回転周期を導出した。
• 正確な$R^{\'\prime}_{HK}}$変換を保証するため、星のパラメータ（例：V-K色、パララックス）の補正を施した。
• サンプル全体にわたる平均値と分散の比較を通じて、$R^{\'\prime}_{HK}}$の変動性を分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 10日未塔の回転周期を示すM矮星において、$R^{\'\prime}_{HK}}$インデックスはどのように振る舞うか？
• RQ2 0.35–0.6 M$_\odot$の範囲における星の質量が$R^{\'\prime}_{HK}}$に与える依存関係は何か？
• RQ3 $R^{\'\prime}_{HK}}$は高活動度で飽和するか？ もし飽和するならば、その値は何か？
• RQ4 短期的変動性の$R^{\'\prime}_{HK}}$は、その平均活動度レベルとどのように相関するか？
• RQ5 M矮星の径速度サーベイにおいて、$R^{\'\prime}_{HK}}$インデックスは磁気活動度の信頼できるプロキシとして利用可能か？

主な発見

• $R^{\'\prime}_{HK}}$は10日未塔の回転周期で約$10^{-4}$で飽和しており、これは最大のコアリスフェア活動度を示している。
• 0.6 M$_\odot$以上の星では$R^{\'\prime}_{HK}}$は一定の基本活動度を維持するが、0.6 M$_\odot$から完全対流限界（0.35 M$_\odot$）にかけて質量が減少するにつれて活動度が低下する。
• 平均$R^{\'\prime}_{HK}}$値が高い星では、$R^{\'\prime}_{HK}}$の短期的変動性も大きくなることが確認され、活動度レベルと変動幅の相関関係が裏付けられた。
• $R^{\'\prime}_{HK}}$は回転周期と飽和的相関を示しており、より質量の大きな星で観測された挙動と整合的である。
• M矮星における$R^{\'\prime}_{HK}}$のキャリブレーションにより、系外惑星探査キャンペーンにおける活動由来の径速度ジッターの改善されたフィルタリングが可能になった。
• 電子アーカイブの表6には、HARPS M矮星サンプルの全$R^{\'\prime}_{HK}}$測定値、Sインデックス値、および導出された回転周期が含まれている。