[論文レビュー] Multiwavelength observations of a giant flare on CN Leonis I. The chromosphere as seen in the optical spectra

B. Fuhrmeister, C. Liefke+2 more|GoeScholar The Publication Server of the Georg-August-Universität Göttingen (Georg-August-Universität Göttingen)|Jul 13, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 35被引用数 42

ひとこと要約

本研究では、M5.5型矮星CN Leonisにおける巨大フレアの多波長観測を、VLT/UVESおよびXMM-Newtonを用いて実施し、光学スペクトルにおけるコアスフィア反応を分析した。1,143本の発光線（うち154本が赤端に位置）を同定し、フレア発生時における青線側の非対称性と、減衰期における赤線側の非対称性を明らかにした。これは、コアスフィアフレアが上昇し、その後降下する質量運動を示しており、フレア発生時における連続スペクトル温度は20,000 Kを超えていた。

ABSTRACT

Flares on dM stars contain plasmas at very different temperatures and thus affect a wide wavelength range in the electromagnetic spectrum. While the coronal properties of flares are studied best in X-rays, the chromosphere of the star is observed best in the optical and ultraviolet ranges. Therefore, multiwavelength observations are essential to study flare properties throughout the atmosphere of a star. We analysed simultaneous observations with UVES/VLT and XMM-Newton of the active M5.5 dwarf CN Leo (Gl 406) exhibiting a major flare. The optical data cover the wavelength range from 3000 to 10000 Angstrom. From our optical data, we find an enormous wealth of chromospheric emission lines occurring throughout the spectrum. We identify a total of 1143 emission lines, out of which 154 are located in the red arm, increasing the number of observed emission lines in this red wavelength range by about a factor of 10. Here we present an emission line list and a spectral atlas. We also find line asymmetries for H I, He I, and Ca II lines. For the last, this is the first observation of asymmetries due to a stellar flare. During the flare onset, there is additional flux found in the blue wing, while in the decay phase, additional flux is found in the red wing. We interpret both features as caused by mass motions. In addition to the lines, the flare manifests itself in the enhancement of the continuum throughout the whole spectrum, inverting the normal slope for the net flare spectrum.

研究の動機と目的

• CN Leonisにおける巨大星フレア中のコアスフィア反応を、同時的な光学およびX線観測を用いて調査すること。
• 特に赤波長帯域における光学スペクトル内のコアスフィア発光線を同定し、カタログ化すること。
• 線幅関数の非対称性を分析し、星の大気内での質量運動の観点からその時間的変化を解釈すること。
• フレア期における連続スペクトル強度の特徴を明らかにし、その熱的性質を同定すること。
• 将来的な星のコアスフィアフレアに関する準経験的モデル化のための高分解能光学データを提供すること。

提案手法

• CN Leonisにおける巨大フレア発生時、VLT/UVESを用いて3000–10,000 Åをカバーする同時的な光学スペクトルを取得した。
• フレア活動の波長間連関を調査するため、光学データと併せてXMM-NewtonのX線データを分析した。
• スペクトルフィッティングおよび線幅関数分析を用いて発光線を同定し、広帯域の減衰翼を表すローレンツ関数を用いた。
• フレア段階ごとに発光線の青線側および赤線側の輝度を比較することで、線の非対称性を定量化した。
• フレアの連続スペクトルをブラックボディ放射にフィットさせ、フレア発生時および減衰期における温度を推定した。
• 時間的光曲線解析を用いて、光学フレアピークとスペクトル特徴を関連付け、複数のフレア核を特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 巨大フレア発生時、CN Leonisで励起されるコアスフィア発光線は何か？ その強度および線幅関数はどのように変化するか？
• RQ2 H i、He i、Ca ii線の線幅関数非対称性は、フレア発生時および減衰期にどのように変化し、質量運動に何を示唆するか？
• RQ3 フレア期における光学連続スペクトルは、静穏状態からどの程度逸脱しているか？ そのスペクトル形状は、放射するプラズマの性質に何を示唆するか？
• RQ4 スペクトル変動から、複数のフレア核がコアスフィア反応を引き起こしているとされる根拠はあるか？
• RQ5 同様の星におけるX線および紫外フレアと比較して、光学フレアの時スケールおよび光曲線形態はどのように異なるか？

主な発見

• 光学スペクトル内で合計1,143本の発光線が同定され、そのうち154本が赤端に位置しており、この波長帯域における観測線数が約10倍に増加した。
• フレア発生時、H i、He i、Ca ii線において青線側に過剰な輝度が観測され、上向きに動くプラズマと整合する青シフト発光を示した。
• 減衰期には赤線側に過剰な輝度が検出され、コアスフィア内での下降する凝縮物を示唆した。
• フレア発生時の連続スペクトルはブラックボディ的スペクトルを示し、効果的温度が20,000 Kを超えていたが、時間とともに急速に冷却した。
• Ca ii三重線はBalmer線およびHe i線と比較して遅く減衰しており、星フレアにおけるCa ii HおよびK線の典型的な挙動と整合した。
• スペクトル全体にわたる非対称性の変動から、複数のフレア核が存在し、それぞれが別個のコアスフィア降下流を引き起こしている可能性が示唆された。