[論文レビュー] Photometric Variability in Kepler Target Stars. III. Comparison with the Sun on Different Timescales

Gibor Basri, Lucianne M. Walkowicz+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 30, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 18被引用数 60

ひとこと要約

本研究では、洗練されたケプラーの光曲線とノイズモデルを用いて、30分から3か月の時間スケールにわたるケプラーの太陽型星の光度変動を太陽と比較した。太陽は半日以上の時間スケールで一般的な星の変動を代表しており、25–33%の太陽型星が太陽よりも活発であることが確認された。また、冷却した温度とともに活動度が増加し、特にM型矮星で顕著である。

ABSTRACT

We utilize Kepler data to study the precision differential photometric variability of solar-type and cooler stars at different timescales, ranging from half an hour to 3 months. We define a diagnostic that characterizes the median differential intensity change between data bins of a given timescale. We apply the same diagnostics to SOHO data that has been rendered comparable to Kepler. The Sun exhibits similar photometric variability on all timescales as comparable solar-type stars in the Kepler field (it is not unusually quiet). The previously-defined photometric "range" serves as our activity proxy (driven by starspot coverage). We revisit the fraction of comparable stars in the Kepler field that are more active than the Sun. The exact active fraction depends on what is meant by "more active than the Sun", and on the magnitude limit of the sample of stars considered. This active fraction is between a quarter and a third (depending on the timescale). We argue that a reliable result requires timescales of half a day or longer and stars brighter than Kepler magnitude of 14, otherwise non-stellar noise distorts it. We also analyze main sequence stars grouped by temperature from 6500-3500K. As one moves to cooler stars, the active fraction of stars becomes steadily larger (greater than 90% for early M dwarfs). The Sun is a good photometric model at all timescales for those cooler stars that have long-term variability within the span of solar variability.

研究の動機と目的

• ケプラーが観測した太陽型星における典型的な光度変動の観点から、太陽が代表的であるかどうかを特定すること。
• さまざまな時間スケールおよび星の表面温度に応じて、ケプラーの星の中で太陽よりも活発な星の割合を定量化すること。
• 星の固有の変動を機器的・観測的ノイズから分離するための堅牢なノイズモデルを構築すること。
• ノイズが支配的となる明るさの小さい星において、活動度診断指標の信頼性を評価すること。
• 主系列星全体における変動傾向、特に冷却した星における変動傾向の変化を検討すること。

提案手法

• 機器的システムティクスを最小限に抑えるために、PDC-MAPパイプラインで処理されたケプラーQ9の光曲線を用いる。
• 3パラメータのノイズモデルを適用し、変動の下限エッジを定義することで、星の固有信号とノイズを分離する。
• 2つの診断指標を定義する：R_var（長期時間スケールにおける微小強度の変動範囲）とMDV(t_bin)（時間窓スケールでの中央値微小強度変化）。
• ケプラーの星とSOHOの太陽データを、ケプラーの光度精度に相当するように調整し、これらを比較する。
• 太陽のサイクルのランダムフェーズサンプリングを用いて、ケプラーの星がいつ太陽の変動レベルを超えるかを評価する。
• 明るさと温度のビン分け（500Kのインターバル）を適用し、星の種類にわたる変動傾向を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ケプラー領域の太陽型星において、さまざまな時間スケールで太陽は光度的に典型的な存在であるか？
• RQ2 ケプラーの太陽型星のうち、どの程度の割合が太陽よりも光度的に変動が大きく、この割合は時間スケールや星の明るさにどのように依存するか？
• RQ3 星の有効温度が低下するにつれて、光度変動はどのように変化するか。特に冷却した星においては？
• RQ4 ケプラーの星の観測された変動のうち、どれくらいが星の固有の活動によるもので、どれくらいが機器的または観測的ノイズによるものか？
• RQ5 対流上層を持つ星の光度変動をモデル化する際に、太陽は信頼できる光度的モデルとして用いられるか？

主な発見

• 半日以上の時間スケールで、太陽はケプラー領域の太陽型星の大多数と同等の光度変動を示している。
• 明るい太陽型星（M_Kep < 14）の約25–33%が、時間スケールや「より活発」と定義する基準に応じて太陽よりも活発である。
• 12時間未満の時間スケールでは、活動度の割合が主にノイズに支配され、明るさの小さい星では信頼できる比較が不可能である。
• 星の温度が低下するにつれて活動度の割合は滑らかに増加し、M型矮星では90%を超える。
• 30分以上の時間スケールで、特にR_varで正規化した場合、対流上層を持つ星に対して太陽は良好な光度的モデルである。
• 冷却したサンプル（T_eff < 4500K）における固有の変動星は、高MDV値に集中しており、顕著な高変動星の集団であることが示された。