[논문 리뷰] Binary-induced magnetic activity? Time-series echelle spectroscopy and photometry of HD123351 = CZ CVn

K. G. Strassmeier, T. A. Carroll외 5명|arXiv (Cornell University)|2011. 08. 23.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 71인용 수 11

한 줄 요약

이 연구는 활성 K0IV-III 항성 HD 123351에 대한 최초의 고정밀 궤도 해법을 제시하며, 147.89일의 궤도 주기와 58.32일의 회전 주기를 가진 고도로 타원형인 이중성계임을 밝혀냈다. 대칭적인 위상의 크로모스피어릭 방출과 자기장 강도의 변조—편심점에서 최소가 되는 것—은 상호이중 자기장이 자기장 강도 감소와 비동기적 회전을 일으키는 데 기여함을 시사하며, 진화한 항성에서 이중성에 기인한 자기 활동의 증거를 제공한다.

ABSTRACT

We present a first and detailed study of the bright and active K0IV-III star HD 123351. The star is found to be a single-lined spectroscopic binary with a period of 147.8919+-0.0003 days and a large eccentricity of e=0.8086+-0.0001. The rms of the orbital solution is just 47 m/s, making it the most precise orbit ever obtained for an active binary system. The rotation period is constrained from long-term photometry to be 58.32+-0.01 days. It shows that HD 123351 is a very asynchronous rotator, rotating five times slower than the expected pseudo-synchronous value. Two spotted regions persisted throughout the 12 years of our observations. Four years of Halpha, CaII H&K and HeI D3 monitoring identifies the same main periodicity as the photometry but dynamic spectra also indicate that there is an intermittent dependence on the orbital period, in particular for Ca ii H&K in 2008. Line-profile inversions of a pair of Zeeman sensitive/insensitive iron lines yield an average surface magnetic-flux density of 542+-72 G. The time series for 2008 is modulated by the stellar rotation as well as the orbital motion, such that the magnetic flux is generally weaker during times of periastron and that the chromospheric emissions vary in anti-phase with the magnetic flux. We also identify a broad and asymmetric lithium line profile and measure an abundance of log n(Li) = 1.70+-0.05. The star's position in the H-R diagram indicates a mass of 1.2+-0.1 Msun and an age of 6-7 Gyr. We interpret the anti-phase relation of the magnetic flux with the chromospheric emissions as evidence that there are two magnetic fields present at the same time, a localized surface magnetic field associated with spots and a global field that is oriented towards the (low-mass) secondary component.

연구 동기 및 목표

• 장기적인 다파장 관측을 통해 진화한 활성 K0IV-III 항성 HD 123351의 자기 활동 특성에 대해 조사한다.
• 고도로 타원형인 이중성계의 궤도 운동이 자기 활동을 유도하거나 조절하는지 확인한다.
• 단일선 스펙트로스코픽 이중성계에서 비동기적 회전과 지속적인 막대한 흑점 영역의 기원을 규명한다.
• 상호이중 자기장이 표면 자기장 강도와 크로모스피어릭 방출에 영향을 미친다는 가설을 검증한다.

제안 방법

• 2006–2010년 동안 955개의 고해상도 STELLA 에클레 스펙트럼을 확보하여 라디얼 속도 변화를 측정하고 궤도 해법을 유도한다.
• 포츠담 자동 전기 천체망원경(APT)을 사용해 12년간의 $VI_C$ 광학 관측을 수행하여 항성의 회전 주기를 결정한다.
• H$α$, Ca ii H&K, He i D3 선에 대한 시간 시리즈 분석을 수행하여 크로모스피어릭 활동의 변조를 탐지한다.
• 자기장 민감도가 있는 및 없는 철 선의 선형형 반전 기법을 적용하여 표면 자기장 강도를 측정한다.
• MESA 항성 모델에 Küker-Stix 비대칭 회전 코드를 적용하여 대류 회전 시간과 로시 수를 추정한다.
• 히파르코스의 parallax를 진화 궤적과 결합하여 질량과 연령을 추정하고, 리튬 선 비대칭성을 분석하여 동위원소 기여도를 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HD 123351의 고도로 타원형 궤도는 주성에서 자기 활동을 유도하거나 조절하는가?
• RQ2 왜 주성은 58.32일의 주기로 비동기적으로 회전하고 있으며, 이는 의사동기적 값보다 약 5배 느린가?
• RQ3 편심점 근처에서 크로모스피어릭 방출과 자기장 강도 사이의 반대 위상 변조는 무엇을 의미하는가?
• RQ4 관측된 자기장 및 활동 주기의 영향을 미치는 상호이중 자기장이 존재하는가에 대한 증거는 있는가?
• RQ5 150°의 경도 간격을 가진 지속적인 장수 흑점 영역의 기원은 무엇인가?

주요 결과

• HD 123351는 궤도 주기가 147.8919 ± 0.0003일이고 이심률이 0.8086 ± 0.0001인 단일선 스펙트로스코픽 이중성계이며, 활성 이중성계 중에서 가장 정밀한 궤도 해법을 제공한다 (rms = 47 m s⁻¹).
• 항성의 회전 주기는 58.32 ± 0.01일이며, 이는 예상되는 의사동기적 값보다 약 5배 느린 것으로, 주성은 예상보다 느리게 회전하고 있음을 시사한다.
• 12년간 관측한 결과, 경도 간격이 150° ± 17°인 두 개의 지속적인 흑점 영역이 관측되었으며, 흑점의 온도는 효과적 온도보다 약 1160 K 낮고 표면의 5–10%를 차지한다.
• 크로모스피어릭 방출 선(Ca ii H&K, H$α$, Ca ii 적외선 삼중선)의 강도는 약 10⁶ erg cm⁻² s⁻¹이며, He i D3의 검출은 비열역학적 가열 과정을 확인한다.
• 제임슨 브로드닝 분석을 통해 평균 표면 자기장 강도는 542 ± 72 G였으며, 궤도 주기로 인한 약한 변조를 보이며 편심점에서 강도가 낮아지는 경향을 보였다.
• 자기장 강도와 크로모스피어릭 방출 사이의 반대 위상 관계—편심점에서 최소—는 상호이중 자기장이 존재할 가능성을 시사하며, 이는 자기장 강도 감소와 비동기적 회전의 원인이 될 수 있음을 시사한다.