[論文レビュー] Pulsation in the atmosphere of the roAp star HD 24712. I. Spectroscopic observations and radial velocity measurements

T. Ryabchikova, Mikhail Sachkov+11 more|ArXiv.org|Nov 28, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 27被引用数 36

ひとこと要約

本研究では、MOST衛星による同時高分解能分光計測と光度計測を用いて、roAp星HD 24712の大気における振動波の伝播を初めて直接測定した。異なる元素に対して径速度と光度振動の最大値の間の位相差が明らかになった。これは、線形成深さが異なることを示し、音速よりもわずかに低い振動波速度が得られた。これにより、roAp星の大気構造と振動ダイナミクスに関する新たな制約が得られた。

ABSTRACT

We have investigated the structure of the pulsating atmosphere of one of the best studied rapidly oscillating Ap stars, HD 24712. For this purpose we analyzed spectra collected during 2001-2004. An extensive data set was obtained in 2004 simultaneously with the photometry of the Canadian MOST mini-satellite. This allows us to connect directly atmospheric dynamics observed as radial velocity variations with light variations seen in photometry. We directly derived for the first time and for different chemical elements, respectively ions, phase shifts between photometric and radial velocity pulsation maxima indicating, as we suggest, different line formation depths in the atmosphere. This allowed us to estimate for the first time the propagation velocity of a pulsation wave in the outer stellar atmosphere of a roAp star to be slightly lower than the sound speed. We confirm large pulsation amplitudes (150-400 m/s) for REE lines and the Halpha core, while spectral lines of the other elements (Mg, Si, Ca, and Fe-peak elements) have nearly constant velocities. We did not find different pulsation amplitudes and phases for the lines of rare-earth elements before and after the Balmer jump, which supports the hypothesis of REE concentration in the upper atmosphere above the hydrogen line-forming layers. We also discuss radial velocity amplitudes and phases measured for individual spectral lines as tools for a 3D tomography of the atmosphere of HD 24712.

研究の動機と目的

• 高分解能分光観測を用いて、急速振動Ap星HD 24712の大気構造を調査すること。
• カナダのMOST衛星で観測された光度変動と径速度変動を関連付けることで、振動ダイナミクスを理解すること。
• roAp星の外層大気における振動波の伝播速度を、初めて決定すること。
• さまざまな元素のスペクトル線における振幅と位相差の違いを評価し、大気の層状構造を推定すること。
• 希土類元素（REE）が水素線形成層の上に集中しているという仮説を、バルマー準位付近の位相および振幅変化を用いて検証すること。

提案手法

• 複数の地上望遠鏡（CFHT, NOT, ESO, TNG）から時間分解能の高い分光データを取得し、同時にカナダのMOST衛星による光度データを取得した。
• 2001年から2004年の複数の観測シーズンにわたり、REE、Hα、Mg、Si、Ca、Fe-ピーク、Nd、Eu、Tbなどのさまざまな元素の個々のスペクトル線に対して径速度（RV）測定を実施した。
• RVおよび光度光曲線に対してフーリエ解析を実施し、振動周波数を特定し、振幅と位相を抽出した。
• 異なるイオンの光度最大値とRV最大値の間の位相差を計算することで、星の大気中での線形成深さを推定した。
• 主な振動周波数でRVデータを事前に除いてから、残差信号を抽出し、スペクトル分解能を向上させた。
• 観測された位相差および振幅変化を用いて、振動波速度を推定し、大気の層状構造を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HD 24712の外層大気における振動波の伝播速度は何か？ また、音速と比べてどうか？
• RQ2 異なる化学的元素から形成されるスペクトル線の径速度振幅および位相は、大気の異なる層でどのように変化するか？
• RQ3 バルマー準位の前後で形成される希土類元素（REE）のスペクトル線には、振幅や位相に顕著な違いがあるか？ これは、REEが水素線形成領域の上に集中しているという仮説を支持するか？
• RQ4 さまざまなイオンについて、光度変動と径速度変動の関係は何か？ これにより大気構造はどのように明らかになるか？
• RQ5 個々のスペクトル線の径速度測定を用いて、HD 24712の振動大気の3次元トモグラフィーが可能か？

主な発見

• HD 24712の外層大気における振動波の伝播速度は、直接的に約90%の局所音速として推定され、これは亜音速伝播を示している。
• REE線およびHαコアの径速度振幅は大きく（150–400 m s⁻¹）、一方、Mg、Si、Ca、Fe-ピーク元素の線はほとんど変動がなく、ほぼ一定の速度を示した。
• 異なるイオンについて、光度最大値と径速度最大値の間の位相差が直接測定され、線形成深さが異なる大気層に形成されていることが示された。
• バルマー準位の前後で形成されるREE線の間で、振幅や位相に顕著な差は認められず、REEが水素線形成領域の上部大気に集中しているという仮説を支持する結果となった。
• さまざまなイオンにおける観測された位相差および振幅変化は、3次元的大気構造の強力な証拠を示しており、振動大気の3次元トモグラフィーの可能性を示唆している。
• 同時に行われたMOST光度計測と分光計測により、大気ダイナミクスと光度光曲線の最初の直接的補正が可能となり、振動モデルの精度が向上した。