[論文レビュー] The HADES RV Programme with HARPS-N@TNG. III. Flux-flux and activity-rotation relationships of early-M dwarfs

J. Maldonado, G. Scandariato+24 more|arXiv (Cornell University)|Oct 19, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 93被引用数 24

ひとこと要約

本研究は、TNGのHARPS-Nを用いた高分解能分光法を用いて、71個の初期M型矮星におけるコアスフィア的活動、回転、およびフラックスフラックス関係を調査した。コアスフィア的放射の強度はM0–M3星において概ね一定であり、活動と回転の間に中程度の相関が認められ、また、フラックスフラックス関係から外れる場所の星が若年である可能性が高く、初期M型矮星における活動-回転-年齢関係を支持する結果となった。

ABSTRACT

(Abridged) Understanding stellar activity in M dwarfs is crucial for the physics of stellar atmospheres as well as for ongoing radial velocity exoplanet programmes. Despite the increasing interest in M dwarfs, our knowledge of the chromospheres of these stars is far from being complete. We aim to test whether the relations between activity, rotation, and stellar parameters and flux-flux relationships also hold for early-M dwarfs on the main-sequence. We analyse in an homogeneous and coherent way a well defined sample of 71 late-K/early-M dwarfs that are currently being observed in the framework of the HArps-n red Dwarf Exoplanet Survey (HADES). Rotational velocities are derived using the cross-correlation technique while emission flux excesses in the Ca II H & K and Balmer lines from Halpha up to Hepsilon are obtained by using the spectral subtraction technique. The relationships between the emission excesses and the stellar parameters are studied. Relations between pairs of fluxes of different chromospheric lines are also studied. We find that the strength of the chromospheric emission in the Ca II H & K and Balmer lines is roughly constant for stars in the M0-M3 spectral range. Our data suggest that a moderate but significant correlation between activity and rotation might be present as well as a hint of kinematically selected young stars showing higher levels of emission. We find our sample of M dwarfs to be complementary in terms of chromospheric and X-ray fluxes with those of the literature, extending the analysis of the flux-flux relationships to the very low flux domain. Our results agree with previous works suggesting that the activity-rotation-age relationship known to hold for solar-type stars also applies to early-M dwarfs. We also confirm previous findings that the field stars which deviate from the bulk of the empirical flux-flux relationships show evidence of youth.

研究の動機と目的

• FGK型星および準主系列星で観測された活動-回転-年齢関係が、主系列初期M型矮星にも適用可能かどうかを検証すること。
• 初期M型矮星の大規模で均一なサンプルを用いて、コアスフィア的ライン（Ca ii H&K、バルマー線）間のフラックスフラックス関係を調査すること。
• 回転、効果的温度、運動学的性質が低質量星におけるコアスフィア的放射をどのように調節しているかを評価すること。
• フラックスフラックス関係から外れる場所の星が、他の星族と同様に若年であるかどうかを検証すること。
• 既存の文献を補完する形で、コアスフィア的フラックス関係の実験的分析を低フラックス領域まで拡張すること。

提案手法

• 高分解能HARPS-N分光法を用いて、交差相関関数（CCF）法により投影回転速度（v sin i）を測定した。
• 合成テンプレートからのスペクトル差分法を用いて、Ca ii H&Kおよびバルマー線（HαからHε）におけるコアスフィア的放射過剰を定量化した。
• 放射過剰と星のパラメータ（v sin i、効果的温度（Teff）、運動学、年齢推定値）との関係を分析した。
• コアスフィア的ライン同士のペア（例：F_Hα vs. F_Hβ、F_CaII vs. F_Hα）間のフラックスフラックス関係を構築し、実証的傾向を同定した。
• 結果を文献サンプルと比較し、特に低フラックス領域における補完性を評価した。
• スペクトル合成および差分処理におけるフラックスキャリブレーションに、BT-Settl大気モデルを用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 初期M型矮星（M0–M3）において、コアスフィア的活動と回転の間に有意な相関が認められるか？
• RQ2 初期M型矮星における異なるコアスフィア的ライン間のフラックスフラックス関係は、FGK型星や準主系列対象と同様の傾向を示すか？
• RQ3 若年性の運動学的兆候を示す星は、年老いた場所の星と比較して、Ca ii H&Kおよびバルマー線におけるコアスフィア的放射過剰が顕著に高いか？
• RQ4 初期M型矮星におけるコアスフィア的放射の強度は、M0–M3スペクトル範囲で一定であるか、それともTeff やスペクトル型に従って系的に変化するか？
• RQ5 フラックスフラックス関係から外れる場所の星が、若年である証拠を示すか？

主な発見

• Ca ii H&Kおよびバルマー線（HαからHε）におけるコアスフィア的放射は、M0–M3スペクトル範囲で概ね一定であり、この範囲における活動レベルの安定性を示唆している。
• コアスフィア的放射と投影回転速度（v sin i）との間に中程度だが統計的に有意な相関が認められ、初期M型矮星における活動-回転関係を支持する結果となった。
• 運動学的特徴から若年と特定された星は、年老いた場所の星と比較してCa ii H&Kおよび大多数のバルマー線で高い放射過剰を示しており、若年性に起因する活動の増強を示している。
• バルマー減衰比 F_Hα/F_Hβ は、Teff ≈ 3900 K では太陽のプロミネンスに類似した値から、Teff ≈ 3750 K では太陽のプラージュに類似した値に低下し、その後 3600 K まで概ね一定に保たれる。
• 本研究は、既存の文献を補完し、低コアスフィア的フラックス領域におけるフラックスフラックス関係の分析を拡張した。また、一般傾向から外れる場所の星が若年である可能性が高いことを確認した。
• コロナ-コアスフィアのフラックスフラックス関係は低コアスフィア過剰を示しており、本サンプルが低活動M型矮星のベンチマークとして、系外惑星および星の活動研究において価値があることを確認した。