[논문 리뷰] HD 38858: a solar type star with a $\sim$10.8 yr activity cycle. Searching for Balmer and metallic line variations

M. Flores, J. F. González외 6명|arXiv (Cornell University)|2018. 09. 14.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 46인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 HARPS 및 CASLEO 분광 데이터를 사용하여 태양과 유사한 항성 HD 38858에서 10.8년의 코어스피어릭 활성도 주기를 규명하였다. Hα 선형의 형상 변화(통계적 모멘트를 통해 측정)가 표준 Ca ii H&K 활성도 지수와 강하게 상관됨을 입증하여, 활성도 주기를 탐지할 때 밀도 기반 측정보다 더 신뢰할 수 있는 대체 지표임을 보여준다.

ABSTRACT

Context. The detection of chromospheric activity cycles in solar-analogue and twin stars, can be used to put in context the solar cycle. However, there is a relatively low percentage of these stars with activity cycles detected. It is well known that the cores of Ca II H&K lines are modulated by stellar activity. The behaviour of Balmer and other optical lines with stellar activity is not yet completely understood. Aims. To search for Ca II H&K, Balmer and Fe II line variations modulated by the stellar activity. In particular, we apply a novel strategy to detect possible shape variations in the Hα line. Methods. We analyse activity signatures in HD 38858 by using HARPS and CASLEO spectra obtained between 2003 and 2017. We calculate the Mount Wilson index (S$_{MW}$), log($\mathrm{R}'_\mathrm{HK}$) and the statistical moments of Ca II H&K, Balmer and other optical lines. We search for periodicities by using the generalized Lomb-Scargle periodogram. Results. We detect a long-term activity cycle of 10.8 yr in Ca II H&K and Hα, being HD 38858 one of the most similar stars to the Sun for which a cycle has been detected. In contrast, this cycle is marginally detected in the Fe II lines. Also, we detect a noticeable radial velocity variation, which seems to be produced by stellar activity. Conclusions. HD 38858 is the second solar-analogue star where we find a clear activity cycle which is replicated by Balmer lines. Spectral indexes based on the shape of Hα seems to be more realiable than the fluxes in the same line to detect activity variations. On the other hand, the cyclic modulation detected gives place to a radial velocity variation, previously associated to a super-Earth planet. Finally, due to the similarity of HD 38858 with the Sun, we recommend to continue monitoring this star.

연구 동기 및 목표

• 다중 에포크 분광학을 이용하여 태양과 유사한 항성에서 장기적인 코어스피어릭 활성도 주기를 탐지하기.
• 표준 Ca ii H&K 지수 외에 발머 선(Hα, Hβ)과 Fe ii 선이 항성 활성도에 따라 변화하는지 조사하기.
• Hα 선형 형상이 밀도 기반 지표와 비교해 더 신뢰할 수 있는 활성도 지표인지 테스트하기.
• 이전에 초지구형 행성으로 해석된 낙관적 속도 신호의 기원이 항성 활성도에서 기인하는지 확인하기.
• 낙관적 속도 조사에서 사용할 수 있는 다중선 활성도 지표를 식별함으로써 항성의 자외선 주기 탐지 향상하기.

제안 방법

• 2003년부터 2017년까지 HARPS 및 CASLEO 망원경에서 고해상도 분광학적 데이터 확보.
• 코어스피어릭 활성도 수준을 정량화하기 위해 마운트 윌슨 S 지수 및 log(R'HK) 계산.
• Ca ii H&K, Hα, Hβ, Fe ii 선의 통계적 모멘트(예: 첨도, 비대칭도)를 계산하여 형상 변화 탐지.
• 14년 기준 데이터베이스에서 활성도 지표의 주기성을 탐색하기 위해 일반화된 Lomb-Scargle 주기분석 적용.
• 낙관적 속도 변화와 활성도 주기 단계를 비교하여 행성 또는 항성 기원 평가.
• Pearson 상관계수를 사용하여 I_Hα와 log(R'HK) 간의 상관관계 평가 및 이전 문헌과 비교.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HD 38858는 장기적인 코어스피어릭 활성도 주기를 보이며, 만약 그렇다면 그 주기는 얼마인가?
• RQ2 발머 선(Hα, Hβ)과 Fe ii 선은 Ca ii H&K 활성도 주기와 관련하여 형상 또는 밀도 변화를 보이는가?
• RQ3 Hα 선형 형상은 핵심 밀도보다 항성 활성도 지표로 더 신뢰할 수 있는가?
• RQ4 이전에 초지구형 행성으로 해석된 낙관적 속도 변화는 항성 활성도 기원으로 설명될 수 있는가?
• RQ5 I_Hα와 log(R'HK) 간의 상관관계는 다른 항성에서 유래한 문헌의 결과와 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• HD 38858의 Ca ii H&K 선과 Hα 선형 형상에서 명확한 10.8년 활성도 주기가 확인되었다.
• Hα 선의 첨도 및 기타 형상 모멘트는 log(R'HK)와 위상 일치하여 활성도 주기와의 강력한 상관관계를 나타낸다.
• Hα 핵심의 밀도(I_Hα)는 log(R'HK)와 유의미한 상관관계를 보이지 않았으며, Gomes da Silva 등(2014)의 결과와 일치하지만, 형상 변화는 감지 가능했다.
• 4924 Å 및 5018 Å에서 관측된 Fe ii 선은 약간의 조절만을 보이며, 코어스피어릭 주기의 민감도가 낮음을 시사한다.
• 이전에 초지구형 행성으로 해석된 420일 주기의 낙관적 속도 신호는 항성 활성도 조절과 일치하는 것으로 밝혀졌다.
• 이 연구는 특히 I_Hα와 log(R'HK) 간의 상관관계가 없을 경우, Hα 선형 형상이 태양과 유사한 항성에서 밀도보다 더 신뢰할 수 있는 활성도 지표임을 확인한다.