[論文レビュー] Magnetism in pre-MS intermediate-mass stars and the fossil field hypothesis

E. Alécian, G. A. Wade+12 more|arXiv (Cornell University)|Dec 3, 2007

Astro and Planetary Science被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、カナダ＝フランス＝ハワイ Telescope の ESPaDOnS を用いた高分解能分光偏光法を用いて、主系列前段階（PMS）の中質量星（ヘルビッヒ Ae/Be星）における磁場を検出することで、化石磁場仮説を検証した。約7％のフィールド・ヘルビッヒ Ae/Be星が磁場を有しており、1–1.4 kG の双極磁場を示した。また、NGC 2244 および NGC 6611 の2つの若い星団においても磁場を検出しており、W601 に位置する高速回転星（v sin i ~180 km/s）を含む。これらの結果は、PMS段階を通じて磁場が維持され、主系列に達した際の磁場強度が Ap/Bp 星と一致することを示唆し、化石磁場仮説を強く支持する。

ABSTRACT

Today, one of the greatest challenges concerning the Ap/Bp stars is to understand the origin of their slow rotation and their magnetic fields. The favoured hypothesis for the latter is the fossil field, which implies that the magnetic fields subsist throughout the different evolutionary phases, and in particular during the pre-main sequence phase. The existence of magnetic fields at the pre-main sequence phase is also required to explain the slow rotation of Ap/Bp stars. However, until recently, essentially no information was available about the magnetic properties of intermediate-mass pre-main sequence stars, the so-called Herbig Ae/Be stars. The new high-resolution spectropolarimeter ESPaDOnS, installed in 2005 at the Canada-France-Hawaii telescope, provided the capability necessary to perform surveys of the Herbig Ae/Be stars in order to investigate their magnetism and rotation. These investigations have resulted in the detection and/or confirmation of magnetic fields in 8 Herbig Ae/Be stars, ranging in mass from 2 to nearly 15 solar masses. In this contribution I will present the results of our survey, as well as their implications for the origin and evolution of the magnetic fields and rotation.

研究の動機と目的

• Ap/Bp 星の前身星である主系列前段階（PMS）の中質量星における磁場の検出を通じて、化石磁場仮説を検証すること。
• ヘルビッヒ Ae/Be星に存在する磁場が、主系列の Ap/Bp 星で観測されるような強力で秩序ある磁場を説明できるほど強く、組織的であるかを特定すること。
• PMS 星における磁場が回転を制御しているか、あるいは回転が磁場の存続に影響を与えるかを調査すること。
• 年齢と組成が既知の若いオープンクラスターにおける観測を通じて、進化の影響と初期条件を分離すること。
• PMS 星の磁気的および回転的性質を主系列の A/B 型星と比較し、磁場の存続と角運動量の進化を評価すること。

提案手法

• カナダ＝フランス＝ハワイ Telescope の ESPaDOnS を用いて、55個のフィールド・ヘルビッヒ Ae/Be星を分光偏光調査した。
• 高分解能分光偏光法を用い、ストークス V プロファイルにおけるゼーマン効果を通じて磁場を検出し、特徴づけた。
• 複数夜にわたるモニタリングにより、双極磁場モデルを仮定して磁場のトポロジーと強度を特定した。
• UCLES および SemelPol を用いて南半球の星のデータを分析し、HD 104237 および HD 101412 の既存の検出結果を確認した。
• 磁場特性を星の進化モデルおよび HR 図上の位置と比較し、磁場生成にコア対流が必要かどうかを評価した。
• NGC 2244、NGC 2264、NGC 6611 におけるクラスター調査を実施し、年齢と初期条件が既知の共-evolution 群における磁場の進化を研究した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 主系列前段階の中質量星（ヘルビッヒ Ae/Be星）は、化石磁場仮説が予測するような大規模磁場を有しているか？
• RQ2 ヘルビッヒ Ae/Be星の磁場星の割合は、主系列で観測される Ap/Bp 星の割合と整合的か？
• RQ3 ヘルビッヒ Ae/Be星に存在する磁場が、収縮に伴う磁束保存によって、Ap/Bp 星で観測されるような強力で秩序ある磁場へ進化できるか？
• RQ4 PMS 星における磁場の有無は、遅い回転と相関しているか、それとも高速回転星が磁場を保持するかを示唆するか？ これは、磁場の存続が回転に依存しない可能性を示唆する。
• RQ5 磁場生成にコア対流が必要か、それとも完全に放射的領域にある星でも磁場が持続可能か？

主な発見

• 55個のフィールド・ヘルビッヒ Ae/Be星の調査において、4個の星で磁場が検出され、磁場星の割合は約7％であり、化石磁場仮説が予測する2–10％の範囲と整合的であった。
• 3つの磁場星（HD 200775、HD 72106、V380 Ori）は、1 kG から 1.4 kG の双極磁場を示しており、星の中心またはわずかにずれた位置に存在する。
• HD 190073 は2年間にわたり安定した単純なストークス V プロファイルを示し、100 G から 1 kG の大規模で秩序ある磁場と整合的であるが、そのトポロジーは未特定のままである。
• 検出されたヘリビッヒ Ae/Be星の磁場は、化石磁場と整合的であり、主系列に達した際の表面磁場強度は400 G から 4 kG にまで達し、典型的な Ap/Bp 星の磁場強度と一致する。
• NGC 2244（6 Myr、v sin i ~25 km/s）および NGC 6611 の W601（1 Myr未満、v sin i ~180 km/s）という2つの若い星団で磁場が検出され、高速回転星における磁場の存続を示している。
• 全8つの磁場星は HR 図の完全に放射的領域に位置しており、コア対流の痕跡は確認されなかった。これは、磁場生成にコア対流が必須でないことを示し、化石磁場起源を支持する。