[論文レビュー] The magnetic fields of intermediate-mass T Tauri stars : I. Magnetic detections and fundamental stellar parameters

F. Villebrun, E. Alécian+14 more|arXiv (Cornell University)|Oct 30, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 25

ひとこと要約

本研究は、中質量T型星（IMTTS）の最初の大規模な磁場調査を実施し、38対象のうち約50％で磁場を検出した。磁場の出現率は、対流包層が星の半径の約25％以下、または質量の2％未満に減少すると急激に低下し、原始系列進化期におけるダイナモの緩和によって形成される化石磁場仮説を支持する。

ABSTRACT

Context. The origin of the fossil magnetic fields detected in 5 to 10% of intermediate-mass main sequence stars is still highly debated. Aims. We want to bring observational constraints to a large population of intermediate-mass pre-main sequence (PMS) stars in order to test the theory that convective-dynamo fields generated during the PMS phases of stellar evolution can occasionally relax into fossil fields on the main sequence. Methods. Using distance estimations, photometric measurements, and spectropolarimetric data from HARPSpol and ESPaDOnS of 38 intermediate-mass PMS stars, we determined fundamental stellar parameters (Teff, L and v sin i) and measured surface magnetic field characteristics (including detection limits for non-detections, and longitudinal fields and basic topologies for positive detections). Using PMS evolutionary models, we determined the mass, radius, and internal structure of these stars. We compared different PMS models to check that our determinations were not model-dependant. We then compared the magnetic characteristics of our sample accounting for their stellar parameters and internal structures. Results. We detect magnetic fields in about half of our sample. About 90% of the magnetic stars have outer convective envelopes larger than ~25% of the stellar radii, and heavier than ~2% of the stellar mass. Going to higher mass, we find that the magnetic incidence in intermediate-mass stars drops very quickly, within a time-scale of the order of few times 0.1 Myr. Finally, we propose that intermediate-mass T Tauri stars with large convective envelopes, close to the fully convective limit, have complex fields and that their dipole component strengths may decrease as the sizes of their convective envelopes decrease, similar to lower-mass T Tauri stars.

研究の動機と目的

• 中質量T型星（IMTTS）の磁場を測定することで、化石磁場仮説を検証すること。IMTTSはヘルビッヒAe/Be星の前身星である。
• 原始系列進化期に生成されたダイナモ磁場が、主系列に到達した段階でどのように化石磁場に緩和されるかを特定すること。
• 星の質量、対流包層のサイズ、進化段階に応じた磁場特性の依存関係を調査すること。
• IMTTSにおける降着状態（cTTS対比wTTS）が、磁場トポロジーまたは強度に相関するかどうかを評価すること。
• 対流包層が臨界閾値未満に縮小した後、ダイナモ磁場がどの程度の時間スケールで消滅・化石化するかを制約すること。

提案手法

• HARPSpolおよびESPaDOnS装置を用いて高分解能分光偏光観測を行い、縦磁場（Bℓ）を測定し、ゼーマンシグネチャを検出する。
• 光度測定値と距離推定値を星の進化モデル（例：Siess et al. 2000; D'Antona & Mazzitelli 1994）と組み合わせ、基本パラメータ（効果的温度Teff、光度L、v sin i、質量、半径）を導出する。
• PMS進化モデルを用いて内部構造を特定し、対流包層のサイズと質量を評価。星を対流分率（例：半径の25％以上）で分類する。
• ゼーマンシグネチャの形状を解析し、磁場トポロジー（例：双極子対比複雑・高次磁場）を推定。低質量T型星（LMTTS）と比較する。
• 文献に依存する降着指標を用いて星を古典的（cTTS）または弱線型（wTTS）T型星に分類し、降着状態と磁場の相関を検証する。
• Gaia DR2のパララックスとVALDデータベースを用いて結果をクロスバリデーションし、モデル依存性に対して耐性を持つことを確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大規模で代表的な中質量T型星サンプルにおける検出可能な磁場の出現率はどの程度か？
• RQ2 IMTTSにおける磁場の存在およびトポロジーは、対流包層のサイズや質量にどのように相関するか？
• RQ3 IMTTSにおける磁場強度またはトポロジーは、降着状態（cTTS 対比 wTTS）に依存するか？
• RQ4 原始系列進化のどの段階で磁場出現率が顕著に低下し、これは化石磁場緩和時間スケールにどのような意味を持つのか？
• RQ5 対流包層が縮小するに従い、双極子成分が減少する兆候は見られるか？これは低質量T型星の観測結果と一致するか？

主な発見

• サンプルに含まれる38体のうち19体（約50％）のIMTTSで磁場が検出された。
• 星の半径の約25％以上（または星の質量の2％以上）の対流包層を持つ星では磁場出現率が高く、質量分率が2％未満に低下すると、出現率は約10％に低下する。
• 対流包層が2％の質量閾値未満に縮小した直後、数×0.1 Myrの時間スケールで磁場出現率が急激に低下しており、ダイナモ磁場の迅速な消滅が示唆される。
• 星の半径の40–99％を占める対流包層を持つ星では、低質量T型星で観測されたような複雑で高次磁場が存在する。
• 対流包層が縮小するに従い、磁場の低次双極子成分が減少すると推定され、これは低質量T型星の観測傾向と整合的である。
• 磁場強度、トポロジー、縦磁場（Bℓ）と降着状態（cTTSまたはwTTS）との間に顕著な相関は認められなかった。