[論文レビュー] Searching for links between magnetic fields and stellar evolution. II. The evolution of magnetic fields as revealed by observations of Ap stars in open clusters and associations

J. D. Landstreet, S. Bagnulo+5 more|arXiv (Cornell University)|Jun 3, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 56被引用数 97

ひとこと要約

本研究は、年齢が明確に定義された連星や連星群のメンバーであるAp星における磁場強度の分析を通じて、Ap星における磁場の進化を調査している。質量が大きいAp星（$M > 3M_\odot$）では、約3000万年間で磁場が減少しており、これはフラックス保存と星の拡張と整合的である。一方、質量が小さいAp星では数億年間にわたり顕著な磁場減少が観測されないため、質量に依存する磁場進化メカニズムの違いが示唆される。

ABSTRACT

The evolution of magnetic fields in Ap stars during the main sequence phase is presently mostly unconstrained by observation because of the difficulty of assigning accurate ages to known field Ap stars. We are carrying out a large survey of magnetic fields in cluster Ap stars with the goal of obtaining a sample of these stars with well-determined ages. In this paper we analyse the information available from the survey as it currently stands. We select from the available observational sample the stars that are probably (1) cluster or association members and (2) magnetic Ap stars. For the stars in this subsample we determine the fundamental parameters T_eff, log(L/L_o), and M/M_o. With these data and the cluster ages we assign both absolute age and fractional age (the fraction of the main sequence lifetime completed). For this purpose we have derived new bolometric corrections for Ap stars. Magnetic fields are present at the surfaces of Ap stars from the ZAMS to the TAMS. Statistically for the stars with M > 3 M_o the fields decline with advancing age approximately as expected from flux conservation together with increased stellar radius, or perhaps even faster than this rate, on a time scale of about 3 10^7 yr. In contrast, lower mass stars show no compelling evidence for field decrease even on a timescale of several times 10^8 yr. Study of magnetic cluster stars is now a powerful tool for obtaining constraints on evolution of Ap stars through the main sequence. Enlarging the sample of known cluster magnetic stars, and obtaining more precise RMS fields, will help to clarify the results obtained so far. Further field observations are in progress.

研究の動機と目的

• 磁場の進化を主系列期間中に制約づけること。これは、場のAp星の年齢が不確かであるため、理解が難しい時期である。
• 年齢の不確実性を克服するため、年齢が明確に定義された開放的クラスタおよび連星群のAp星を研究すること。
• 観測された磁場強度と基本パラメータを用いて、磁場強度の年齢および星の質量依存性の変化を特定すること。
• 光度および温度推定値の改善を図るため、Ap星に特化した新しいボロメトリック補正を導出すること。
• 特に星の半径の増大に関連して、磁場進化がフラックス保存に従うか、それより速い崩壊を示すかを検証すること。

提案手法

• 運動学的および光度的メンバー条件に基づき、確認されたクラスタまたは連星群メンバーとしてのAp星を選別する。
• 主にカナダ＝フランス＝ハワイ望遠鏡に搭載されたESPaDOnS分光計を用いた円偏光観測により、磁場強度を測定する。
• スペクトルエネルギー分布とクラスタメンバー制約を用いて星のパラメータ（$T_{\mathrm{eff}}$, $L/L_\odot$, $M/M_\odot$）を決定する。
• クラスタ年齢推定値と進化モデルを用いて、絶対的年齢および分率年齢（主系列寿命のうちの進行割合）を計算する。
• 観測された等級から光度をより正確に決定するため、Ap星に特化した新しいボロメトリック補正を導出する。
• 高質量および低質量のAp星に分けて、磁場強度と星の年齢の相関関係を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Ap星の磁場は主系列期間中に崩壊するのか？ もしそうなら、その崩壊速度はどの程度か？
• RQ2 磁場崩壊速度は星の質量に依存するのか？ 特に $M > 3M_\odot$ の星とそれ以下の質量の星とでどのように異なるか？
• RQ3 星の進化に伴う半径の増大と整合的に、観測された磁場崩壊はフラックス保存に従うのか？
• RQ4 若年齢のクラスタと高齢の連星群に属するAp星の磁場進化に顕著な差異があるか？
• RQ5 質量が小さい系に属するAp星は、$10^8$年を超える時間スケールで磁場強度の進化の兆候を示すか？

主な発見

• 磁場はゼロ年齢主系列（ZAMS）から終生主系列（TAMS）まで、Ap星の表面で検出可能である。
• 質量が $M > 3M_\odot$ のAp星では、磁場強度がフラックス保存と星の半径拡張に従って予想される程度に低下するが、それよりも速い可能性もあり、約 $3 \times 10^7$ 年の時間スケールで低下する。
• 数億年間のスケールで、低質量Ap星では磁場減少の明確な証拠が観測されない。
• 観測された磁場進化は、磁場崩壊メカニズムが質量に依存している可能性を示唆しており、質量が大きい星ほど崩壊が速いと考えられる。
• 本研究は、クラスタに属するAp星が主系列期間中の磁場進化を制約づける強力な観測的ツールであることを確認した。
• 磁場進化の傾向を明確にするには、特に信号対ノイズ比の高いRMS磁場測定値が必要であり、不確実性を低減するためのさらなる観測が求められる。