[論文レビュー] The Monitor Project: Stellar rotation at 13~Myr: I. A photometric monitoring survey of the young open cluster h~Per

E. Moraux, S. A. Artemenko+10 more|arXiv (Cornell University)|Jun 26, 2013

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 1被引用数 34

ひとこと要約

本研究は、13 Myrのオープン集団h Perseiにおける586個の低質量星（0.4–1.4 M☉）に対して、Iバンドでのマルチサイト光電測光モニタリングを用いて、初めて統計的に信頼性の高い回転周期の測定を実施した。結果は、全質量範囲で約0.2〜10日までの回転周期の平坦な分布を示し、強い質量依存性は認められず、原始系列進化段階におけるコア-エンVELOープ分離モデルを支持しており、5 Myrを過ぎても10%未満の星が原始惑星環に結合した状態を維持していることを示唆している。

ABSTRACT

We aim at constraining the angular momentum evolution of low mass stars by measuring their rotation rates when they begin to evolve freely towards the ZAMS, i.e. after the disk accretion phase has stopped. We conducted a multi-site photometric monitoring of the young open cluster h Persei that has an age of ~13 Myr. The observations were done in the I-band using 4 different telescopes and the variability study is sensitive to periods from less than 0.2 day to 20 days. Rotation periods are derived for 586 candidate cluster members over the mass range 0.4<=M/Msun<=1.4. The rotation period distribution indicates a sligthly higher fraction of fast rotators for the lower mass objects, although the lower and upper envelopes of the rotation period distribution, located respectively at ~0.2-0.3d and ~10d, are remarkably flat over the whole mass range. We combine this period distribution with previous results obtained in younger and older clusters to model the angular momentum evolution of low mass stars during the PMS. The h Per cluster provides the first statistically robust estimate of the rotational period distribution of solar-type and lower mass stars at the end of the PMS accretion phase (>10 Myr). The results are consistent with models that assume significant core-envelope decoupling during the angular momentum evolution to the ZAMS.

研究の動機と目的

• 原始系列終焉段階（PMS）における低質量星の角運動量進化を制約すること、特に原始ガス円盤からの降着が停止した後を対象とする。
• 星の角運動量進化において、観測が不十分な5 Myr〜40 Myrの年齢範囲（特に回転周期分布のギャップがある）を埋める。
• 太陽型および低質量星の回転周期に関する統計的に信頼性の高いデータセットを、原始系列終焉段階から主系列に近づく重要な時期（約13 Myr）に提供すること。
• 光電測光連星および場の汚染物が若い集団における回転周期分布に与える影響を調査すること。

提案手法

• CFHT/MegaCam、Maidanak 1.5m、ZTSh 2.6m、Byurakan観測所の1m望遠鏡を用いたh Perseiのマルチサイト光電測光モニタリング。
• 複数回の観測ランを実施し、0.2日未満から20日までの周期に感度を持つIバンド光度測定を実施。
• 光学および近赤外の色-等級図（CMD）における経験的等時曲線を用いて集団メンバー候補を特定し、Besançon銀河モデルを用いて場の汚染を約18%で推定。
• 時間空間解析技術を用いて光曲線を分析し、星 spots による回転調制を同定。
• 周期が1日未満の光電測光連星を特定し、最終サンプルから除外することで、短周期に偏る分布の歪みを回避。
• 観測された周期分布と比較して角運動量進化モデルを構築し、コア-エンVELOープ分離のタイムスケールおよびディスクロック期間を推定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 13 Myrのオープン集団h Perseiにおける低質量星の回転周期分布はどのようなものか。また、星の質量に応じてどのように変化するか。
• RQ2 光電測光連星および場の汚染物が若い集団における観測された回転周期分布に与える影響は何か。
• RQ3 コア-エンVELOープ分離が、原始系列段階における低質量星の角運動量進化をどのように規定しているか。
• RQ4 観測された周期分布に基づいて、星が原始惑星環に結合した状態でどのくらいの期間にわたって回転が制御された状態を維持しているか。
• RQ5 13 Myrにおける観測された周期分布は、主系列に近づくまでの理論的角運動量進化モデルと整合するか。

主な発見

• 本研究は、h Perseiにおける低質量星（0.4–1.4 M☉）586個の回転周期を同定し、約13 Myrという原始系列進化の重要な時期における統計的に信頼性の高い最初のサンプルを提供した。
• 回転周期分布は約0.2〜約10日をカバーしており、15日近辺に遅い回転星の尾部が顕著に見られ、上部および下部の包絡線において顕著な質量依存性は認められなかった。
• 周期が1日未満の光電測光連星は、特に質量が1.2 M☉以上の高質量領域で、短周期に偏る分布を著しく歪めている。これは潮汐相互作用による同期化の可能性が高く、回転が制御されていると考えられる。
• 短周期連星を除外した残りの508周期は、全質量範囲にわたり顕著に平坦な分布を示しており、強い質量依存性による回転減速や加速の傾向は認められなかった。
• 観測された周期分布は、コア-エンVELOープ分離を含むモデルと整合しており、分離のタイムスケールは表面回転速度に反比例している。
• モデル化の結果、5 Myrを過ぎてもディスクに結合した状態を維持する星は10%未満であると示唆され、現在のディスク寿命推定と整合しており、13 Myrごろに主系列に近づく自由収縮への移行を支持している。