[논문 리뷰] Direct detection of a magnetic field in the photosphere of the single M giant EK Boo: How common is magnetic activity among M giants?

R. Konstantinova‐Antova, M. Aurière외 7명|arXiv (Cornell University)|2010. 09. 10.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 40인용 수 23

한 줄 요약

이 연구는 베르나르 리요 태산에서 NARVAL을 사용한 고해상도 스펙트로폴라미메트리로 단일 M5 거성 EK Boo의 광구에서 변하는 자기장의 처음으로 직접적인 탐지 결과를 제시한다. 종방향 자기장은 -0.1 G에서 -8 G 사이로 변했으며, 2009년 3월의 복잡한 스토크스 V 프로파일은 다이너모 활동 가능성을 시사한다. 이는 M 거성에서 자기 활동이 이전에 생각했던 것보다 더 흔할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We study the fast rotating M5 giant EK Boo by means of spectropolarimetry to obtain direct and simultaneous measurements of both the magnetic field and activity indicators, in order to infer the origin of the activity in this fairly evolved giant. We used the new spectropolarimeter NARVAL at the Bernard Lyot Telescope (Observatoire du Pic du Midi, France) to obtain a series of Stokes I and Stokes V profiles for EK Boo. Using the Least Square Deconvolution technique we were able to detect the Zeeman signature of the magnetic field. We measured its longitudinal component by means of the averaged Stokes V and Stokes I profiles. The spectra also permitted us to monitor the CaII K&H chromospheric emission lines, which are well known as indicators of stellar magnetic activity. From ten observations obtained between April 2008 and March 2009, we deduce that EK Boo has a magnetic field, which varied in the range of -0.1 to -8 G. We also determined the initial mass and evolutionary stage of EK Boo, based on up-to-date stellar evolution tracks. The initial mass is in the range of 2.0-3.6 M_sun, and EK Boo is either on the asymptotic giant branch (AGB), at the onset of the thermal pulse phase, or at the tip of the first (or red) giant branch (RGB). The fast rotation and activity of EK Boo might be explained by angular momentum dredge-up from the interior, or by the merging of a binary. In addition, we observed eight other M giants, which are known as X-ray emitters, or to be rotating fast for their class. For one of these, beta And, presumably also an AGB star, we have a marginal detection of magnetic field, and a longitudinal component Bl of about 1G was measured. More observations like this will answer the question whether EK Boo is a special case, or whether magnetic activity is, rather, more common among M giants than expected.

연구 동기 및 목표

• 스펙트로폴라미메트리 기법을 사용하여 단일 M 거성 EK Boo의 광구에서 자기장을 직접 탐지하고 특성화하는 것.
• 특히 높은 X선 복사수준과 코로나 활동을 보이는 퇴화된 M 거성에서 자기 활동의 기원을 조사하는 것.
• 자기 활동이 M 거성 전체에 널리 퍼져 있는 현상인지, 아니면 EK Boo처럼 드문 경우에 국한되어 있는지 규명하는 것.
• 업데이트된 별진화 궤적을 사용하여 EK Boo의 진화 상태와 초기 질량을 평가하는 것.
• 자기장 탐지를 다른 M 거성으로 확장하여, 특히 빠르게 도는 별들과 X선을 방출하는 별들을 포함해 자기 활동의 퍼짐을 평가하는 것.

제안 방법

• 65,000의 스펙트럼 해상도를 가진 2m 베르나르 리요 태산의 NARVAL 장치를 사용하여 고해상도 스펙트로폴라미트릭 데이터를 확보하였다.
• 스펙트럼 선에서 제이먼 분할을 탐지하기 위해 스트로크스 I(강도) 및 스트로크스 V(원형 편광) 프로파일을 측정하였다.
• 약 12,700개의 스펙트럼 선을 평균화하고 평균 종방향 자기장을 추출하기 위해 최소 제곱 탈컨볼루션(LSD) 기법을 적용하였다.
• 자기장 변화와 연관된 코로나 활동 지표로 Ca ii K 및 Hα 에미션 라인의 모니터링을 수행하였다.
• 별진화 모델을 사용하여 EK Boo의 초기 질량(2.0–3.6 M⊙)과 진화 단계(AGB 또는 적색거성 브런치의 정점)를 추정하였다.
• 자기장의 퍼짐을 평가하기 위해 X선 방출체와 고속 도전 별을 포함한 여덟 개의 추가 M 거성을 대상으로 관측을 확장하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 단일 M 거성 EK Boo의 광구에서 자기장에 대한 직접적 증거가 존재하는가?
• RQ2 EK Boo에서 자기장의 강도와 시간에 따른 변동성은 어떠한가?
• RQ3 EK Boo에서 관측된 자기 활동은 다이너모 과정에 의해 설명될 수 있으며, 만약 그렇다면 어떤 유형의 다이너모가 작동하고 있는가?
• RQ4 특히 높은 X선 복사수준과 코로나 활동을 보이는 상황에서 M 거성에서 자기 활동은 얼마나 흔한가?
• RQ5 다른 M 거성, 특히 고속 도전 또는 X선을 방출하는 별들도 감지 가능한 자기장을 갖는가?

주요 결과

• EK Boo의 자기장은 12개월 동안 종방향 성분이 -0.1 G에서 -8 G 사이로 변동하는 것으로 직접 탐지되었다.
• 2009년 3월 13일에 관측된 스토크스 V 프로파일은 다성분 구조를 보이며, 별 내에서 다이너모 작동 가능성을 시사한다.
• EK Boo는 초기 질량 2.0–3.6 M⊙ 사이에 있으며, 점진적 거성 가지(AGB) 또는 적색거성 가지(RGB)의 정점에 위치한 단일 별로 보인다.
• 자기장의 변동성과 코로나 활동(Ca ii K&H)은 상관관계를 보이며, 활동의 근본 원인이 자기장임을 지지한다.
• β And에서 종방향 성분이 -0.95 G인 자기장의 약간의 탐지 결과를 확보하여 다른 M 거성에서도 자기 활동이 가능할 수 있음을 시사한다.
• EK Boo에서 리튬 농도가 증가하지 않은 것은 행성 삼키기가 각운동량 공급원으로서의 가능성을 배제하며, 내부 과정인 각운동량 끌어올림 또는 이중성 병합을 지지한다.