[論文レビュー] The CoRoT target HD 49933: 2- Comparison of theoretical mode amplitudes with observations

R. Samadi, H.‐G. Ludwig+8 more|arXiv (Cornell University)|Oct 21, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用数 20

ひとこと要約

本研究では、金属量が低く高温な星 HD 49933 における太陽様振動の確率的励起モデルを検証する。CoRoT が測定した線幅と論文 I の励起率に基づいて理論的に導出したモード振幅と、HARPS および CoRoT からの観測振幅を比較した。低周波数域ではモデルと観測値の一致が良好であるが、高周波数域（ν ≳ 1.9 mHz）では振幅が過大評価されており、特にスケール長の分離仮定と金属量依存性に関する現在のモデルフレームワークの限界が浮き彫りになる。

ABSTRACT

From the seismic data obtained by CoRoT for the star HD 49933 it is possible, as for the Sun, to constrain models of the excitation of acoustic modes by turbulent convection. We compare a stochastic excitation model described in Paper I (arXiv:0910.4027) with the asteroseismology data for HD 49933, a star that is rather metal poor and significantly hotter than the Sun. Using the mode linewidths measured by CoRoT for HD 49933 and the theoretical mode excitation rates computed in Paper I, we derive the expected surface velocity amplitudes of the acoustic modes detected in HD 49933. Using a calibrated quasi-adiabatic approximation relating the mode amplitudes in intensity to those in velocity, we derive the expected values of the mode amplitude in intensity. Our amplitude calculations are within 1-sigma error bars of the mode surface velocity spectrum derived with the HARPS spectrograph. The same is found with the mode amplitudes in intensity derived for HD 49933 from the CoRoT data. On the other hand, at high frequency, our calculations significantly depart from the CoRoT and HARPS measurements. We show that assuming a solar metal abundance rather than the actual metal abundance of the star would result in a larger discrepancy with the seismic data. Furthermore, calculations that assume the ``new'' solar chemical mixture are in better agreement with the seismic data than those that assume the ``old'' solar chemical mixture. These results validate, in the case of a star significantly hotter than the Sun and Alpha Cen A, the main assumptions in the model of stochastic excitation. However, the discrepancies seen at high frequency highlight some deficiencies of the modelling, whose origin remains to be understood.

研究の動機と目的

• 太陽よりもはるかに高温で金属量が低い星における音響モードの確率的励起モデルの妥当性を検証すること。
• 理論的モード振幅が HD 49933 の速度および強度における観測振幅と一致するかを検証すること。
• 表面金属量と太陽の化学組成の違いが予測されるモード振幅に与える影響を評価すること。
• 校正済み準断熱近似が速度振幅と強度振幅を結ぶ際に信頼できるかを評価すること。
• 特に高周波数域で顕在する現在のモデルフレームワークの欠陥を特定すること。

提案手法

• 論文 I の理論的モード励起率を用い、[Fe/H] = -0.37 を含む星の固有パラメータに基づく。
• CoRoT 観測からのモード線幅を用いて、励起と減衰のバランスから予想される表面速度振幅を導出する。
• 校正済み準断熱近似を適用し、速度振幅を強度揺らぎ（δL/L）に変換する。この手法はヘルモセイズミックデータと整合性がある。
• 予測された速度および強度振幅を、それぞれ HARPS および CoRoT 観測値と 1-σ の誤差範囲内で比較する。
• 太陽の金属量を仮定した場合と、'新' と '旧' の太陽化学組成の違いを用いた感度解析を実施し、予測への影響を評価する。
• 励起モデルにおける乱流対流とスケール長分離仮定の役割が、高周波数域の不一致の原因である可能性を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 確率的励起モデルは、太陽よりも高温で金属量が低い星 HD 49933 における観測モード振幅を正確に予測できるか？
• RQ2 HD 49933 の表面金属量が、太陽金属量を仮定した場合と比較して予測されるモード振幅にどのように影響を与えるか？
• RQ3 太陽の化学組成（旧 vs. 新）の選択が、モデル予測にどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ4 校正済み準断熱近似は、この星における速度振幅と強度振幅を結ぶのに有効であるか？
• RQ5 なぜ高周波数域（ν ≳ 1.9 mHz）でモード振幅が系的に過大評価されるのか？

主な発見

• 1.9 mHz 未満の周波数域では、理論的表面速度振幅が HARPS 観測値と 1-σ の誤差範囲内で一致する。
• 同じ低周波数域において、モデルから導出された強度のモード振幅は CoRoT データと 1-σ の範囲内で整合する。
• 高周波数域（ν ≳ 1.9 mHz）では、モデルが観測値と比較して速度および強度振幅の両方を過大評価している。
• 実際の [Fe/H] = -0.37 の代わりに太陽金属量を仮定すると、振幅ピークが 35% 高くなり、低周波数域では最大で2倍の過大評価が生じる。
• '新' 太陽化学組成（Asplund et al. 2005）を用いることで、'旧' 組成（Grevesse & Noels 1993）と比較して振幅が約 15% 低くなるが、この差は現在のセイズミック測定の不確実性より小さい。
• 校正済み準断熱関係は、現在の観測精度の水準において、速度振幅を強度揺らぎにスケーリングするのに成功している。