[論文レビュー] Statistics of Stellar Variability from Kepler - I: Revisiting Quarter 1 with an Astrophysically Robust Systematics Correction

A. McQuillan, S. Aigrain+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 23, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 24被引用数 37

ひとこと要約

本研究は、新しい天体物理学的に整合性のあるシステムティクス補正を用いてケプラー・クォータ1データを再分析し、変動検出を向上させた。主系列星の60％が太陽よりも変動が大きいことが判明し、冷却した星はより大きな振幅と長時間スケールの確率的変動を示す。これは、より大きく、長寿命な活動領域と関連している。一方、より高温の星は短周期の振動と周期的変動を示す。

ABSTRACT

We investigate the variability properties of main sequence stars in the first month of Kepler data, using a new astrophysically robust systematics correction, and find that 60% of stars are more variable then the active Sun. We define low and high variability samples, with a cut corresponding to twice the variability level of the active Sun, and compare the properties of the stars belonging to each sample. We show tentative evidence that the more active stars have lower proper motions and may be located closer to the galactic plane. We also investigate the frequency content of the variability, finding clear evidence for periodic or quasi-periodic behaviour in 16% of stars, and showing that there exist significant differences in the nature of variability between spectral types. Of the periodic objects, most A and F stars have short periods (< 2 days) and highly sinusoidal variability, suggestive of pulsations, whilst G, K and M stars tend to have longer periods (> 5 days, with a trend towards longer periods at later spectral types) and show a mixture of periodic and stochastic variability, indicative of activity. Finally, we use auto-regressive models to characterise the stochastic component of the variability, and show that its typical amplitude and time-scale both increase towards later spectral types, which we interpret as a corresponding increase in the characteristic size and life-time of active regions.

研究の動機と目的

• 新しい天体物理学的に整合性のあるシステムティクス補正を適用することで、ケプラー・クォータ1データにおける星の変動測定の正確性を向上させ、内在的な変動を保持すること。
• 太陽よりも変動が大きい星の割合を再評価し、効用温度やスペクトル型などの星のパラメータとの関係を調査すること。
• 異なるスペクトル型における変動の性質（周期的、準周期的、確率的）を特徴づけ、脈動や磁気活動といった物理的メカニズムと関連付けること。
• 変動統計の結果が、径速度および光度測定のExo-Planet探査に与える影響を調査すること、特にそのフォローアップに影響を与えること。

提案手法

• ケプラーQ1の光曲線に、機器的および観測的システムティクスを除去しながら、内在的な星の変動を保持するように設計された、新しい天体物理学的に整合性のあるシステムティクス補正（ARC）を適用する。
• 29.42分のサイクルで約33.5日間観測された156,097個の天体からの光度データを用い、信頼性のあるKICパラメータを持つ主系列星に焦点を当てる。
• 変動の定義に、振幅および分散統計を用い、太陽の変動レベルの2倍を境に低変動および高変動サンプルに分ける。
• 周期的および準周期的信号を同定するためのピリオドグラム解析を実施し、確率的成分の特徴づけに自己回帰（ハーヴェイ）モデルを適合させる。
• スペクトル型別に星を分類し、パワースペクトルにおける周波数コンテンツ、周期分布、および顕著な周波数ピークの数を分析する。
• スペクトル型ごとの変動特性を比較し、確率的変動の振幅、時間スケール、およびパワー則指数を、活動領域のサイズおよび寿命と関連付ける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ケプラー・クォータ1の主系列星のうち、どれくらいの割合が太陽よりも変動が大きく、その割合は有効温度によってどのように変化するか？
• RQ2 天体物理学的に整合性のあるシステムティクス補正を適用することで、標準的なPDC手法と比較して測定された変動統計にどのような影響が生じるか？
• RQ3 初期型（A, F）と後期型（G, K, M）の星の間で、変動特性（周期的、準周期的、確率的）にどのような違いがあるか？
• RQ4 確率的変動の振幅と時間スケールはスペクトル型に従ってどのようにスケーリングするか？また、これは活動領域の性質にどのような含意を持つか？
• RQ5 星の変動と運動学的特性（例えば、自己運動や銀河系内位置）との間に相関があるか？

主な発見

• ケプラー・クォータ1の主系列星の60％が太陽よりも変動が大きく、過去の研究とわずかに一貫性があるが、新しいシステムティクス補正のおかげで改善された結果である。
• 変動星の割合は有効温度が低下するにつれて増加し、冷却星ではより高い変動が確認された。
• 16％の星が明確な周期的または準周期的変動を示し、K型星に周期的変動の割合がピークに達し、後続のスペクトル型ではより長い周期を示した。
• 高温のAおよびF型星は2日未塔の短周期で、非常に正弦波に近い変動を示し、脈動と一致する。一方、冷却したG、K、M型星は5日を超える長周期で、周期的と確率的の混合変動を示し、磁気活動を示唆する。
• 自己回帰モデルの適合により、確率的変動の振幅および特徴的な時間スケールが、スペクトル型が後退するにつれて増加することが判明し、冷却星ではより大きく、長寿命な活動領域があることを示唆した。
• 高変動星は、自己運動が低く、銀河系平面に近い位置にある傾向を示しており、若く活発な星の集団と運動学的または空間的関連がある可能性がある、やや弱い証拠を示している。