[논문 리뷰] ALMA's view of the Sun's nearest neighbours: The submm/mm SEDs of the alpha Centauri binary and a new source

R. Liseau, V. De la Luz외 4명|arXiv (Cornell University)|2016. 08. 08.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 1인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 ALMA를 이용해 α Centauri 이중성계를 마이크로미터 및 밀리미터 파장에서 관측하여, 수정된 태양의 코어스피어 모델과 일치하는 대기층에서의 방출을 규명하였다. 주요 발견은 양성성 모두가 대기 중 깊은 온도 최소값을 보이며, α Cen B는 α Cen A보다 더 낮은 고도에서 더 낮은 온도 최소값을 보여, 태양과 유사한 비복사성 가열 메커니즘이 태양형 항성에서 작용하고 있음을 시사한다.

ABSTRACT

The precise mechanisms that provide the non-radiative energy for heating the chromosphere and the corona of the Sun and other stars are at the focus of intense contemporary research. Observations at submm/mm wavelengths are particularly useful to obtain information about the run of the temperature in the upper atmosphere of Sun-like stars. We used ALMA to study the chromospheric emission of the aCen binary system in all six available frequency bands during Cycle2 in 2014/15. Since ALMA is an interferometer, the multi-telescope array is particularly suited for the observation of point sources. With its large collecting area, the sensitivity is high enough to allow the observation of nearby main-sequence stars at submm/mm wavelengths for the first time. The comparison of the observed spectral energy distributions with theoretical model computations provides the chromospheric structure in terms of temperature and density above the stellar photosphere and the quantitative understanding of the primary emission processes. Both stars were detected and resolved at all ALMA frequencies. For both aCenA and B, the existence and location of the temperature minima, firstly detected from space with Herschel, are well reproduced by the theoretical models of this paper. For aCenB, the temperature minimum is deeper than for A and occurs at a lower height in the atmosphere, but for both stars, Tmin/Teff is consistently lower than what is derived from optical and UV data. The submm/mm emission of the aCen stars is indeed very well reproduced by modified chromospheric models of the Quiet Sun. This most likely means that the non-radiative heating mechanisms of the upper atmosphere that are at work in the Sun are operating also in other solar-type stars.

연구 동기 및 목표

• 서브밀리미터 및 밀리미터 연속 스펙트럼 방출을 이용해 α Centauri 이중성계의 코어스피어 온도 및 밀도 구조를 조사하기 위해.
• 태양에서 관측된 비복사성 가열 메커니즘이 α Cen A 및 B와 같은 태양형 항성에서도 작용하는지 확인하기 위해.
• 여섯 개의 ALMA 대역에서의 스펙트럼 에너지 분포(Spectral Energy Distribution, SED)를 분석하여 대기 물리 조건을 추론하기 위해.
• 2015년 관측 중 Band 8에서 감지된 예상치 못한 제3의 점원천의 성질을 조사하기 위해.
• 단일 획득 관측으로만 확인된 이 소스가 알려진 태양계 천체인지, 또는 배경 천체인지 평가하기 위해.

제안 방법

• 2014–2015년 동안 여섯 개의 주파수 대역(Band 3~Band 9)에서 ALMA 관측을 수행하여 3.1 mm에서 0.44 mm까지의 파장을 커버하였다.
• 주요 비드 응답 보정 및 스케일링을 통해 mJy 단위의 복사선 밀도와 신호 대 잡음비를 확보하였다.
• 복사선 밀도 측정치로부터 스펙트럼 에너지 분포(SED)를 구성하고, 수정된 태양 코어스피어 모델에 적합시켜 대기 온도 및 밀도 구조를 추론하였다.
• 모델은 비- LTE 효과를 고려하며, 온도 최소층을 포함하고 있으며, 관측된 SED와 일치하도록 매개변수를 조정하였다.
• Band 8에서 감지된 제3의 소스에 대해 복사선 밀도 및 SED 형태를 분석하였고, 블랙볼드 피팅을 통해 거리 및 크기를 추정하였다.
• 소스가 알려진 태양계 천체일 가능성은 소스 위치에서 15′ 이내의 알려진 소행성과의 비교를 통해 평가되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 α Centauri A 및 B의 서브밀리미터 및 밀리미터 SED는 조용한 태양의 코어스피어 이론 모델과 일치하는가?
• RQ2 α Cen A 및 B의 코어스피어 물리적 구조, 특히 온도 최소값의 위치와 깊이에 대해 무엇이 알려져 있는가?
• RQ3 α Cen의 코어스피어 방출은 태양에서 관측된 비복사성 가열 메커니즘과 일치하는가?
• RQ4 2015년에 한 번만 감지된 예상치 못한 405 GHz(740 μm) 점원천의 성질은 무엇인가?
• RQ5 알 수 없는 소스가 먼 해왕성 외행성 천체일 수 있으며, 그 복사선 밀도는 거리 및 크기에 대해 어떤 제약 조건을 제공하는가?

주요 결과

• α Cen A 및 B는 모든 ALMA 대역에서 해상되었으며, 97.5 GHz에서 3.37 ± 0.012 mJy에서 679 GHz에서 107.2 ± 1.50 mJy까지의 복사선 밀도를 보였다.
• 양성성의 SED는 고주파수 영역에서 ν² 의존성을 보이며, 저주파수 영역에서 평탄해지는 경향이 있는데, 이는 광학적으로 얇은 자유-자유 방출 또는 변동성 때문일 수 있다.
• α Cen B의 온도 최소층은 깊고, 더 낮은 대기 고도(560 km)에 위치해 있으며, α Cen A(615 km)보다도 더 낮은 T_min/T_eff 비율을 보였다. 이는 광학 및 자외선 데이터에서 유도된 값보다 낮았다.
• 관측된 서브밀리미터 방출은 수정된 태양 코어스피어 모델에 의해 잘 재현되었으며, 이는 태양에서 관측된 비복사성 가열 메커니즘이 이 태양형 항성들에서도 활성화되어 있음을 시사한다.
• 제3의 점원천은 2015년 5월 2일 Band 8(405 GHz, 740 μm)에서만 감지되었으며, 복사선 밀도는 4.24 ± 0.49 mJy였고, 3σ 수준에서 블랙볼드에 잘 맞는다.
• 소스는 위치에서 15′ 이내의 알려진 태양계 천체 또는 행성체일 가능성이 낮으며, 플랑트의 궤도를 초월한 거리에 위치한 낮은 반사율의 먼 해왕성 외행성 천체일 가능성이 높다.