[논문 리뷰] Age-Rotation-Activity Relations for M Dwarf Stars Based on ASAS Photometric Data

M. Kiraga, K. Stȩpień|arXiv (Cornell University)|2007. 07. 17.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 14

한 줄 요약

이 연구는 31개의 M형 항성에 대해 ASAS 광도 측정 데이터를 분석하여 자전 주기를 결정하고, 주기 >10일인 10개의 새로운 느린 자전 항성들을 포함하여 질량에 따라 주기-활동도 관계를 로스로 수치를 사용하여 수립한다. M 항성들은 X선 활동도가 지수적으로 감소하는 통합된 로스로 수치-활동도 관계를 따르며, 노령한 디스크 M 항성들(중앙값 주기 47일)은 청소년기 항성들보다 유의미하게 활동도가 낮다. 이는 자전 감속 진화와 일치하며, 스쿠마니치 법칙보다 관측치와 더 잘 부합하는 수정된 전환 시간 스케일링을 개선한다.

ABSTRACT

Based on analysis of photometric observations of nearby M type stars obtained with ASAS, 31 periodic variables were detected. The determined periods are assumed to be related to rotation periods of the investigated stars. Among them 10 new variables with periods longer than 10 days were found, which brings the total number of slowly rotating M stars with known rotation periods to 12 objects. X-ray activity and rotation evolution of M stars follows the trends observed in G-K type stars. Rapidly rotating stars are very active and activity decreases with increasing rotation period but the period-activity relation is mass-dependent which suggests that the rotation period alone is not a proper measure of activity. The investigated stars were grouped according to their mass and the empirical turnover time was determined for each group. It increases with decreasing mass more steeply than for K type stars for which a flat dependence had been found. The resulting Rossby number-activity relation shows an exponential decrease of activity with increasing Rossby number. The analysis of space motions of 27 single stars showed that all rapidly rotating and a few slowly rotating stars belong to young disk (YD) whereas all old disk (OD) stars are slowly rotating. The median rotation period of YD stars is about 2 days and that of OD stars is equal to 47 days, i.e. nearly 25 times longer. The average X-ray flux of OD stars is about 1.7 dex lower than YD stars in a good agreement with the derived Rossby number-activity formula supplemented with rotation-age relation and in a fair agreement with recent observations but in a disagreement with the Skumanich formula supplemented with the activity-rotation relation.

연구 동기 및 목표

• 주기 >10일인 느린 자전 항성들에 대해 M 항성의 주기-활동도 관계를 확장하여 활동도가 감소할 것으로 예상되는 영역을 다루는 것.
• 특히 0.6 M⊙ 이하의 저질량 항성들에서 теор적 및 관측적 값이 갈라지는 영역에서 M 항성의 경험적 전환 시간(τc)을 다양한 질량 범위에 대해 결정하는 것.
• 로스로 수치(Ro = P_rot / τc)가 저질량 항성들에서 자전 주기만으로도 X선 활동도를 더 잘 예측하는지 테스트하는 것.
• 공간 운동을 자전 주기와 연결하여 연령-자전-활동도 관계를 M 항성에서 조사하는 것.
• 스쿠마니치 법칙과 피조라토 등의 주기-활동도 관계가 관측된 노령한 M 항성과 청소년기 M 항성 간의 X선 플럭스 차이를 정당화하는지 평가하는 것.

제안 방법

• 180개의 근접한 M형 항성에 대해 6년 치 ASAS 광도 주기 측정 데이터를 사용하여 주기적 변동성을 탐색한다.
• 약 10 mmag의 진폭과 1일 이하에서 83일까지의 주기 범위를 가진 31개의 주기적 변수를 식별하였으며, 이는 별_spot에 의한 자전 조절로 해석된다.
• 항성들을 네 개의 질량 범위로 나누고, 로스로 수치 Ro = P_rot / τc를 사용하여 세 범위에 대해 경험적 전환 시간(τc)을 도출한다.
• 스테피에니(1988)의 자전 감속 공식을 신규로 결정된 τc 값으로 업데이트하여 단일 M 항성의 자전 진화를 모델링한다.
• 공간 운동(U, V, W)을 사용하여 항성을 청소년기 디스크(YD) 또는 노령한 디스크(OD)로 분류하며, YD 항성들은 더 어린 연령과 더 빠른 자전을 가진다고 가정한다.
• 유도된 로스로 수치-활동도 관계를 기반으로 청소년기와 노령한 M 항성 간의 X선 활동도 비율(log Rx)을 계산하고 관측치와 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 M 항성의 주기-활동도 관계가 활동도가 감소할 것으로 예상되는 주기 >10일인 항성들에 대해서도 유지되는가?
• RQ2 특히 0.6 M⊙ 이하의 질량에서 M 항성의 경험적 전환 시간 τc는 항성 질량에 따라 어떻게 변하는가?
• RQ3 저질량 항성에서 로스로 수치(Ro = P_rot / τc)가 자전 주기만으로도 X선 활동도를 더 잘 예측하는가?
• RQ4 노령한 M 항성에서 관측된 X선 활동도 감소는 로스로 수치-활동도 관계와 자전 감속 진화 모델과 일치하는가?
• RQ5 스쿠마니치 법칙과 주기-활동도 관계를 조합했을 때, 청소년기와 노령한 M 항성 간의 관측된 X선 플럭스 차이를 정확히 예측할 수 있는가?

주요 결과

• 연구는 31개의 주기적 변수를 감지하였으며, 이 중 10개는 주기 >10일인 새로운 M 항성들로, 알려진 느린 자전 M 항성의 총 수를 12개로 증가시켰다.
• 경험적 전환 시간 τc는 항성 질량이 감소함에 따라 증가하며, K형 항성보다 더 급격히 증가함을 보여, M 항성에서는 질량 의존성이 더 강하다고 시사한다.
• 로스로 수치-활동도 관계는 증가하는 Ro에 따라 X선 활동도가 지수적으로 감소하는 경향을 보이며, 주기만을 사용한 관계보다 더 나은 피팅을 제공한다.
• 노령한 디스크 M 항성의 중앙값 자전 주기는 47일이며, 청소년기 항성의 약 2일과 비교하여 시간이 지남에 따라 강한 자전 감속이 일어남을 확인한다.
• 청소년기와 노령한 M 항성 간의 관측된 X선 플럭스 차이는 (log Rx)_young – (log Rx)_old ≈ 1.6–1.8로, 로스로 수치-활동도 공식과 자전 감속 모델의 예측과 뛰어난 일치를 보였다.
• 결과는 스쿠마니치 법칙과 피조라토 등의 주기-활동도 관계를 조합한 것과 모순되며, 이는 활동도 감소를 과도하게 예측한다. 반면 질량에 따라 조정된 τc 스케일링을 지지한다.