[論文レビュー] Multi-wavelength variability of the young solar analog iota Hor. X-ray cycle, star spots, flares, and UV emission

J. Sanz‐Forcada, B. Stelzer+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 3, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 75被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、XMM-ニュートン、TESS、HSTの多波長観測を用いて、若い太陽類縁星 iota Hor において安定した1.6年周期のX線コロナ活動サイクルが確認された。これは、光球に類似した組成を示す規則的なコロナサイクルであり、光度的回転周期は8.19 ± 0.26日であるが、UVとX線の変動は分離しており、おそらく視線角の影響と、拡張したコロナ放出が半球的非対称性に対して感受性が低いことによるものである。

ABSTRACT

Chromospheric activity cycles are common in late-type stars; however, only a handful of coronal activity cycles have been discovered. \ihor\ is the most active and youngest star with known coronal cycles. It is also a young solar analog, and we are likely facing the earliest cycles in the evolution of solar-like stars, at an age (~600 Myr) when life appeared on Earth. Our aim is to confirm the ~1.6 yr coronal cycle and characterize its stability over time. We use X-ray observations of iota Hor to study the corona of a star representing the solar past through variability, thermal structure, and coronal abundances. We analyzed multi-wavelength observations of iota Hor using XMM-Newton, TESS, and HST data. We monitored iota Hor throughout almost seven years in X-rays and in two UV bands. The summed RGS and STIS spectra were used for a detailed thermal structure model, and the determination of coronal abundances. We studied rotation and flares in the TESS light curve. We find a stable coronal cycle along four complete periods, more than covered in the Sun. There is no evidence for a second longer X-ray cycle. Coronal abundances are consistent with photospheric values, discarding any effects related to the first ionization potential. From the TESS light curve we derived the first photometric measurement of the rotation period (8.2 d). No flares were detected in the TESS light curve of iota Hor. We estimate the probability of having detected zero flares with TESS to be ~2%. We corroborate the presence of an activity cycle of ~1.6 yr in iota Hor in X-rays, more regular than its Ca II H&K counterpart. A decoupling of the activity between the northern and southern hemispheres of the star might explain the disagreement. The inclination of the system would result in an irregular behavior in the chromospheric indicators. The more extended coronal material would be less sensitive to this effect.

研究の動機と目的

• iota Hor に既知のX線変動を示す若い太陽類縁星として、1.6年周期のコロナ活動サイクルの存在と安定性を確認すること。
• 高分解能X線分光法を用いて、星の熱的構造とコロナ組成を特徴付けること。
• TESSの光度測定から回転周期を決定し、スペクトロスコピック測定と比較すること。
• 特に、クロモスフィア的（Ca ii H&K）とコロナ的（X線）活動サイクルの不一致、特にクロモスフィア信号の不規則さとX線モードの規則性の原因を調査すること。
• フレアの検出とUV放射の変動を評価し、観測された活動指標に与える視点幾何の影響を評価すること。

提案手法

• XMM-ニュートンX線観測（EPICおよびRGS機器）の分析により、X線光度曲線、スペクトルフィット、コロナ熱的構造を導出すること。
• 表面不均一性による光度曲線の変調を用いて、TESSの光度測定から星の回転周期を測定すること。
• RGSとSTISデータの統合分光解析により、コロナ組成を決定し、初イオン化ポテンシャル（FIP）効果を評価すること。
• GALEXおよびHST/OMからのUVフラックス密度測定により、クロモスフィア過剰を定量し、光球寄与を差し引くこと。
• Keplerデータからのスーパーフレア統計を基準として、TESSデータにおけるフレア検出確率の統計的評価を行うこと。
• 回転速度（vsini）と星の半径を用いて、回転周期とv sin iから視線角を推定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 iota Hor における1.6年周期のX線コロナサイクルは、複数周期にわたり安定しており、より長期的なモodulationの兆候は見られるか？
• RQ2 なぜ iota Hor においてX線コロナサイクルはクロモスフィア的Ca ii H&Kサイクルよりも規則的なのか？
• RQ3 iota Hor の真の回転周期は何か？ また、以前のスペクトロスコピック推定値と比較するとどうなるか？
• RQ4 TESSの光度曲線に検出可能なフレアは存在するか？ また、このようなイベントを逃す確率はどの程度か？
• RQ5 UV放射はX線変動とどのように相関するか？ これにより、クロモスフィア的およびコロナ的活動の関係にどのような示唆が得られるか？

主な発見

• iota Hor のX線コロナ活動サイクルは、4つの完全周期にわたり安定しており、より長期的なサイクルの兆候は認められず、強固で規則的なモード化が確認された。
• iota Hor の回転周期は、光度測定により8.19 ± 0.26日と測定され、Sインデックス、径運動速度、磁場測定からの従来のスペクトロスコピック推定値と整合的である。
• TESSの光度曲線ではフレアは検出されず、フレアを逃す確率は約2％と推定された。これは、フレア頻度が低いか、フレアエネルギー閾値が高い可能性を示唆している。
• コロナ組成は光球値と整合的であり、顕著な初イオン化ポテンシャル（FIP）効果は認められず、以前の低分解能X線研究とは対照的であり、スペクトル型とのFIPトレンドに疑問を呈する。
• UV放射は限定的な変動（約14％の振幅）を示し、X線サイクルに従わない。これは、クロモスフィア放射が視線角や半球的非対称性に対して感受性が高く、コロナ放出がより拡張しており視線角効果にあまり影響されないためと考えられる。
• システムの視線角（約56°）が、クロモスフィア的およびコロナ的変動の分離の原因であると提案される。コロナ放出はより拡張しており、視線角効果に影響されにくい。