[論文レビュー] Three years in the coronal life of AB Dor. I. Plasma emission measure distributions and abundances at different activity levels

J. Sanz‐Forcada, A. Maggio+1 more|ArXiv.org|Jul 4, 2003

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 32被引用数 54

ひとこと要約

本研究は、3年間にわたるXMM-NewtonおよびChandraのX線スペクトルを用いて、活性K1型星AB Dorのコロナ放射測定関数分布（EMD）と、さまざまな活動レベルにおける元素の比を再構築した。EMDはlog T ≈ 6.9でピークを示し、log T ≈ 7.3まで平坦なプラトーを形成しており、安定した熱的構造を示している。電子密度は高く、10⁷ Kでlog ne ≈ 12.5 cm⁻³に達する。中程度のFIP効果が観測され、短い等圧磁気ループ（低充填率〜10⁻⁴〜10⁻⁶）で、温度に伴い圧力が増加するモデルを支持する。

ABSTRACT

The young active star AB Dor (K1 IV-V) has been observed 16 times in the last three years with the XMM-Newton and Chandra observatories, totalling 650 ks of high-resolution X-ray spectra. The XMM/RGS observations with the highest and lowest average emission levels have been selected to study the coronal properties of AB Dor in two different activity levels. We compare the results based on the XMM data with those obtained from a higher resolution Chandra/HETG spectrum, using the same line-based analysis technique. We have reconstructed the plasma Emission Measure Distribution vs. temperature (EMD) in the range log T(K) ~ 6.1-7.6, and we have determined the coronal abundances of AB Dor, obtaining consistent results between the two instruments.The overall shape of the EMD is also consistent with the one previously inferred from EUVE data. The EMD shows a steep increase up to the peak at log T (K) ~ 6.9 and a substantial amount of plasma in the range log T (K) ~ 6.9-7.3. The coronal abundances show a clear trend of increasing depletion with respect to solar photospheric values, for elements with increasing First Ionization Potential (FIP), down to the Fe value ([Fe/H]=-0.57), followed by a more gradual recovery of the photospheric values for elements with higher FIP. He-like triplets and Fe XXI and Fe XXII lines ratios indicate electron densities log ne~10.8 cm^-3 at log T(K) ~ 6.3 and log ne ~ 12.5 at log T(K) ~ 7, implying plasma pressures steeply increasing with temperature. These results are interpreted in the framework of a corona composed of different families of magnetic loop structures, shorter than the stellar radius and in isobaric conditions, having pressures increasing with the maximum plasma temperature, and which occupy a small fraction (f ~ 10^-4 - 10^-6) of the stellar surface.

研究の動機と目的

• 高分解能X線分光法を用いて、AB Dorのコロナプラズマの性質をさまざまな活動レベルで特徴づけること。
• 温度範囲log T ≈ 6.1–7.6 Kにおけるプラズマの放射測定関数分布（EMD）を特定すること。
• コロナにおける元素比を測定し、最初のイオン化ポテンシャル（FIP）に依存するかを評価すること。
• ヘリウム様イオンの線比およびFe xxii/xxiの線比から電子密度とプラズマ圧を推定し、コロナ構造の幾何学的性質と閉じ込め方を制約すること。
• コロナが温度が高くなるにつれて圧力が増加する複数の磁気ループ家族から構成されており、表面充填率が小さいという仮説を検証すること。

提案手法

• 合計650 ksの高分解能X線スペクトルを含む16件のXMM-NewtonおよびChandra観測データの分析。
• 放射レベルが最も高く、最も低いXMM/RGS観測を選別し、詳細なEMD再構築に用いる。
• XMM/RGSおよびChandra/HETGスペクトルを用いた線ベース分析手法を用い、放射測定関数および線輝度を導出する。
• 酸素VIIやネオンIXなどのヘリウム様三重線の比率およびFe xxii/xxi線の比率を用いて電子密度を測定する。
• 電子密度と温度を仮定した等圧条件のもとで、導出された密度と温度からプラズマ圧を計算する。
• XMMとChandraの機器間でEMDおよび元素比の結果を比較し、一貫性を確認するとともに、系統的誤差を低減する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AB Dorのコロナにおける放射測定関数分布（EMD）は、高活動状態と低活動状態の間でどのように変化するか？
• RQ2 コロナプラズマの電子密度と圧力はどの程度で、温度に伴いどのように変化するか？
• RQ3 コロナにおける元素比は最初のイオン化ポテンシャル（FIP）とどのように相関するか？これはコロナ加熱および元素分離に何を示唆するか？
• RQ4 観測されたEMDおよび密度プロファイルは、X線放射磁気ループの幾何学的形状と充填率にどのような制約を課すか？
• RQ5 観測されたX線の変動および放射構造は、温度が高くなるにつれて圧力が増加する複数の等圧磁気ループ家族のモデルで説明可能か？

主な発見

• EMDはlog T ≈ 6.9 Kで急激に上昇し、log T ≈ 7.3 Kまで広いプラトーを形成しており、安定した熱的構造を示している。
• 電子密度は高く、log T ≈ 6.3 Kでlog ne ≈ 10.8 cm⁻³、log T ≈ 7.0 Kでlog ne ≈ 12.5 cm⁻³に達しており、高温域に高密度プラズマが存在することを示している。
• プラズマ圧は温度に伴い急激に増加し、磁気ループ構造における等圧条件と整合的である。
• コロナ中の元素比には明確なFIP傾向が見られ、鉄（[Fe/H] = –0.57）まではFIPに応じて不揮発性が増加し、それ以上のFIPを持つ元素では光球値に徐々に回復する。
• 観測されたEMDおよび密度プロファイルは、星の半径より短い複数の磁気ループ家族から成るコロナモデルと整合的であり、充填率f ≈ 10⁻⁴から10⁻⁶、最大温度に伴い圧力が増加する。
• データは、log T ≈ 7.0 Kの高温プラズマが、小規模で高圧力のループに閉じ込められている可能性を支持しており、これはゼーマン＝ドーブル磁気マップと整合的である。