[논문 리뷰] Chromosphere of K giant stars Geometrical extent and spatial structure detection

P. Bério, T. Merle외 20명|arXiv (Cornell University)|2011. 09. 26.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 32인용 수 11

한 줄 요약

이 연구는 CHARA/VEGA 어레이의 간섭측정을 이용해 일곱 개의 비이원자 K 거대성의 대기권 구조와 기하학적 크기를 측정한다. 연구에서는 대기권이 별의 반지름의 16%에서 47%까지 확장되며, 네 개의 별에서 비대칭성이 관측되었고, 비국소 열역학평형(NLTE) 모델링을 통해 Ca II 선이 서로 다른 대기 두께에서 형성됨을 확인하였다. 특히 849 nm 선이 다른 선들보다 더 깊은 곳에서 형성됨을 보여주었다.

ABSTRACT

We aim to constrain the geometrical extent of the chromosphere of non-binary K giant stars and detect any spatial structures in the chromosphere. We performed observations with the CHARA interferometer and the VEGA beam combiner at optical wavelengths. We observed seven non-binary K giant stars. We measured the ratio of the radii of the photosphere to the chromosphere using the interferometric measurements in the Halpha and the Ca II infrared triplet line cores. For beta Ceti, spectro-interferometric observations are compared to an non-local thermal equilibrium (NLTE) semi-empirical model atmosphere including a chromosphere. The NLTE computations provide line intensities and contribution functions that indicate the relative locations where the line cores are formed and can constrain the size of the limb-darkened disk of the stars with chromospheres. We measured the angular diameter of seven K giant stars and deduced their fundamental parameters: effective temperatures, radii, luminosities, and masses. We determined the geometrical extent of the chromosphere for four giant stars. The chromosphere extents obtained range between 16% to 47% of the stellar radius. The NLTE computations confirm that the Ca II/849 nm line core is deeper in the chromosphere of ? Cet than either of the Ca II/854 nm and Ca II/866 nm line cores. We present a modified version of a semi-empirical model atmosphere derived by fitting the Ca II triplet line cores of this star. In four of our targets, we also detect the signature of a differential signal showing the presence of asymmetries in the chromospheres. Conclusions. It is the first time that geometrical extents and structure in the chromospheres of non-binary K giant stars are determined by interferometry. These observations provide strong constrains on stellar atmosphere models.

연구 동기 및 목표

• 비이원자 K 거대성의 대기권 기하학적 크기를 간섭측정을 통해 제약한다.
• 이 별들의 대기권 구조에서 공간적 비균일성 또는 비대칭성을 탐지한다.
• 비국소 열역학평형(NLTE) 반경험 모델링을 이용해 대기권 선(Hα 및 Ca II 삼중선)의 형성 높이를 결정한다.
• 간섭측정을 통해 얻은 지름 측정값으로 기본 별 물리량(Teff, 반지름, 빛의 세기, 질량)을 유도한다.
• 관측된 선형형과 기여 함수에 맞추어 대기권 모델 대기층을 향상시킨다.

제안 방법

• 가시광역에서 고각해상도의 광학 간섭측정을 수행하기 위해 CHARA 어레이와 VEGA 빔 결합기를 사용한다.
• Hα 및 Ca II 적외선 삼중선에서의 볼록도를 분석하여, 기저층(연속기저) 반지름과 대기권(선핵) 반지름의 비율을 측정한다.
• 비국소 열역학평형(NLTE) 계산을 적용하여 선 강도와 기여 함수를 모델링하고, 선핵이 대기 중 어디서 형성되는지 확인한다.
• β Cet에 대해 수정된 반경험 모델 대기층을 사용하여, 대기권 온도 플랫폼과 미세 turbulent 속도를 조정하여 관측된 선핵을 재현한다.
• 모델에서 유도된 합성 선형형을 고해상도 분광 데이터와 비교하여 모델을 검증하고 대기권 구조를 추론한다.
• 간섭측정의 (u,v) 평면 커버리지와 볼록도 측정값을 이용해 대기권 복사에서의 비대칭성을 탐지한다. 이는 비균일한 공간적 구조를 시사한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비이원자 K 거대성의 대기권의 물리적 크기는 별의 반지름의 몇 퍼센트로 표현되는가?
• RQ2 K 거대성의 대기권은 간섭측정을 통해 탐지 가능한 공간적 비대칭성 또는 비균일성을 보이는가?
• RQ3 Ca II 적외선 삼중선의 선핵은 어느 대기 두께에서 형성되는가? 서로 어떻게 비교되는가?
• RQ4 대기권의 비국소 열역학평형(NLTE) 모델링은 선핵 형성과 볼록도 측정값의 해석에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 간섭측정과 분광학적 모델링을 조합하면 대기권 모델 대기층의 정확도를 향상시킬 수 있는가?

주요 결과

• 네 개의 K 거대성(β Cet, η Cet, δ Crt, ρ Boo)에서 대기권이 별의 반지름의 16%에서 47%까지 확장된다.
• 비국소 열역학평형(NLTE) 기여 함수를 통해 확인된 linе에서 Ca II /849 nm 선핵은 Ca II /854 nm 및 /866 nm 선핵보다 상당히 더 깊은 곳에서 형성된다.
• 대기권 온도 플랫폼을 5,500 K에서 4,500 K로 낮추고 미세 turbulent 속도를 증가시킨 β Cet의 수정된 반경험 모델이 관측된 선핵을 더 잘 재현한다.
• 간섭측정 결과에서 네 별에서 이질적인 프리지 위상이 관측되어, 이들의 대기권에서 공간적 비대칭성이 존재함을 시사한다.
• 간섭측정을 통해 유도된 효과 온도는 K 거대성에 대한 문헌의 Teff 척도 법칙과 뛰어난 일치를 보인다.
• β Cet에서 Ca II 삼중선의 선핵에 대한 가장자리 어두움 법칙은 태양과 유사하여, 이는 대기권 모델링에 적용할 수 있음을 뒷받침한다.