[論文レビュー] Pulsation tomography of rapidly oscillating Ap stars. Resolving the third dimension in peculiar pulsating stellar atmospheres

T. Ryabchikova, Mikhail Sachkov+2 more|ArXiv.org|Aug 2, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 45被引用数 45

ひとこと要約

本研究では、複数の望遠鏡から得られた高時間分解能の分光時系列データを用いて、10個の急速振動Ap星における振動断層撮影を実施し、希土類元素の分光線を通じて、振動の振幅および位相の深さ依存的変化を明らかにした。大気中で定常波から進行波への遷移が観測され、Nd/Prの線で最大の振動振幅を示し、Tb iiiおよびTh iiiの線では顕著な位相シフトが観測された。また、Th iiiの振動の初回検出を行い、3つの星の表面磁場強度を導出した。

ABSTRACT

We present detailed analysis of the vertical pulsation mode cross-section in ten rapidly oscillating Ap (roAp) stars based on spectroscopic time-series observations. The aim of this analysis is to derive from observations a complete picture of how the amplitude and phase of magnetoacoustic waves depend on depth. We find common features in the pulsational behaviour of roAp stars. Within a sample of representative elements the lowest amplitudes are detected for Eu II (and Fe in 33 Lib and in HD 19918), then pulsations go through the layers where Halpha core, Nd, and Pr lines are formed. There RV amplitude reaches its maximum, and after that decreases in most stars. The maximum RV of the second REE ions is always delayed relative to the first ions. The largest phase shifts are detected in Tb III and Th III lines. Pulsational variability of the Th III lines is detected here for the first time. The Y II lines deviate from this picture, showing even lower amplitudes than Eu II lines but half a period phase shift relative to other weakly pulsating lines. The roAp stars exhibit similarity in the depth-dependence of pulsation phase and amplitude, indicating similar chemical stratification and comparable vertical mode cross-sections. In general, pulsations waves are represented by a superposition of the running and standing wave components. In the atmospheres of roAp stars with the pulsation frequency below the acoustic cut-off frequency, pulsations have a standing-wave character in the deeper layers and behave like a running wave in the outer layers. Cooler roAp stars develop a running wave higher in the atmosphere. In stars with pulsation frequency close to the acoustic cut-off one, pulsation waves have a running character starting from deep layers. (Abridged)

研究の動機と目的

• 分光的時系列データを用いて、急速振動Ap星におけるpモード振動の垂直構造を解明すること。
• 異なる化学元素の分光線を通じて、振動振幅および位相が大気の深さにどのように依存するかを調査すること。
• 大気層における振動波の伝播の性質（定常波対進行波）を特定すること。
• 化学的分層構造および磁場が、roAp星における振動的特徴に果たす役割を同定すること。
• 表面磁場強度を導出し、振動線における乱流幅を評価すること。

提案手法

• 10個のroAp星に対して、SAO 6-m、CFHT、ESO VLT望遠鏡から高時間分解能分光データを取得した。
• 希土類元素（REEs）、Fe族元素、Y iiを対象とし、異なる電離状態および原子質量を有する代表的な分光線を選定した。
• 各分光線に対して振幅・位相図を作成し、大気深さに応じた振動行動をマッピングした。
• 分光線の形成高さを大気深さの代理として用い、既知の原子データおよびモデル大気を活用した。
• 時系列解析を適用し、各線の径方向速度振幅および位相を抽出することで、振動モードの断層再構成を実現した。
• 線幅の非対称性から乱流幅を推定し、線幅フィッティングからマクロ乱流速度を導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 roAp星における振動の振幅および位相は、大気深さにどのように依存するか？
• RQ2 特に第一イオン化と第二イオン化希土類元素イオン線の間で観測される位相シフトの原因は何か？
• RQ3 最大に達した後に外層で振動振幅が減少する理由は何か？その背後にある物理的過程は何か？
• RQ4 Tb iii や Th iii のような特定のREE線で観測される劇的な幅拡大の原因は何か？
• RQ5 定常波から進行波への遷移は、roAp星における化学的分層構造および磁場構造と関連しているか？

主な発見

• Eu iiおよびFe線の振幅は最小（50–100 m s⁻¹未満）、NdおよびPr線で最大に達し、大多数の星でその後減少する。
• 第二イオン化RE元素（例：Tb iii, Th iii）の最大径方向速度振幅は、第一イオン化RE元素線に対して最大で0.5–0.75周期遅れる。
• 最大の位相シフトはTb iiiおよびTh iii線で観測され、本研究でTh iiiの振動が初めて検出された。
• Y ii線は最小の振幅を示し、他の弱い振動線に対して正確に半周期（πラジアン）の位相シフトを示す。
• Tb iiiおよびTh iii線でピークを示す、4–11–12 km s⁻¹に相当する余分な幅拡大（マクロ乱流速度相当）が測定された。
• HD 9289（2 kG）、HD 12932（1.7 kG）、HD 19918（1.6 kG）の3つの星について、初めて表面磁場強度が導出された。