[논문 리뷰] Long-term, Multiwavelength Light Curves of Ultra-cool Dwarfs: I. An Interplay of Starspots & Clouds Likely Drive the Variability of the L3.5 dwarf 2MASS 0036+18

Bryce Croll, Philip S. Muirhead외 6명|arXiv (Cornell University)|2016. 09. 12.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 L3.5 흑색왜성 2MASS 0036+18의 장기적이고 다중 파장 광도 측정을 제시하며, 자전 주기를 3.080 ± 0.001 시간으로 밝혀냈다. 가시광선 및 근적외선 파장에서의 위상 이동이 유의미하게 없고, 파장이 길어질수록 변화 폭이 감소하는 것은, 표면온도 1700 K보다 약 100 K 높거나 낮은 별 spots가 주로 변화를 이끄는 것으로 나타나며, 두꺼운 구름도 함께 존재할 가능성이 있음을 시사한다. 이는 별 spots와 구름 구조가 빛의 곡선을 형성하는 데 복잡한 상호작용을 한다는 것을 의미한다.

ABSTRACT

We present multi-telescope, ground-based, multiwavelength optical and near-infrared photometry of the variable L3.5 ultra-cool dwarf 2MASSW J0036159+182110. We present 22 nights of photometry of 2MASSW J0036159+182110, including 7 nights of simultaneous, multiwavelength photometry, spread over ~120 days allowing us to determine the rotation period of this ultra-cool dwarf to be 3.080 +/- 0.001 hr. Our many nights of multiwavelength photometry allow us to observe the evolution, or more specifically the lack thereof, of the light curve over a great many rotation periods. The lack of discernible phase shifts in our multiwavelength photometry, and that the amplitude of variability generally decreases as one moves to longer wavelengths for 2MASSW J0036159+182110, is generally consistent with starspots driving the variability on this ultra-cool dwarf, with starspots that are ~100 degrees K hotter or cooler than the ~1700 K photosphere. Also, reasonably thick clouds are required to fit the spectra of 2MASSW J0036159+182110, suggesting there likely exists some complex interplay between the starspots driving the variability of this ultra-cool dwarf and the clouds that appear to envelope this ultra-cool dwarf.

연구 동기 및 목표

• L3.5 흑색왜성 2MASS 0036+18의 광도 변화의 물리적 기원을 조사한다.
• 초기 L형 왜성에서 변화를 주도하는 주요 원인이 별 spots인지, 구름의 비균일성인지를 규명한다.
• 여러 자전 주기 동안 빛의 곡선의 장기적 안정성을 평가하여 일시적인 구름 특징과 지속적인 별 spots를 구분한다.
• 스펙트럼 피팅을 통해 대기의 구름 투과도와 온도 구조를 제약한다.
• 고주기 광도 모니터링을 통해 행성의 전행 또는 플레어 발생 가능성을 평가한다.

제안 방법

• 다양한 천체망원경을 활용해 가시광선 및 근적외선 파장에서 22개의 야간 지상 광도 측정을 수행했다.
• 7개의 야간에 걸쳐 동시 다중 파장 광도 측정을 실시하여 파장 간 변화 위상의 직접 비교를 가능하게 하였다.
• 약 120일 간의 기준 관측 기간 동안 빛의 곡선을 위상 폴딩하여 자전 주기를 측정하였다.
• 관측된 스펙트럼 에너지 분포를 피팅하여 대기 중 구름 두께와 온도 구조를 제약하였다.
• 다중 파장 빛의 곡선을 분석하여 위상 이동과 폭 변화를 확인함으로써 별 spots와 구름에 의한 변화를 구분하였다.
• Hα 탐지 데이터(Pineda 등, 2016)를 활용해 별 spots와 일치하는 자기 활동의 존재를 뒷받침하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 L3.5 왜성 2MASS 0036+18의 광도 변화를 주도하는 주요 물리적 메커니즘은 별 spots인지, 비균일한 구름 덮개인지?
• RQ2 2MASS 0036+18의 다중 파장 빛의 곡선은 유의미한 위상 이동을 보이며, 이는 대기 비균일성의 수직 구조에 대해 무엇을 시사하는가?
• RQ3 2MASS 0036+18의 빛의 곡선은 여러 자전 주기 동안 얼마나 안정적인가, 그리고 이러한 안정성은 일시적인 구름 특징보다 별 spots를 지지하는가?
• RQ4 관측된 변화 폭과 그에 따른 파장 의존성은 약 100 K의 온도 대비를 가진 별 spots 모델을 어느 정도 지지하는가?
• RQ5 스펙트럼 피팅을 통해 유추된 두꺼운 구름의 존재는 다중 파장 위상 이동이 없는 것과 어떻게 조화될 수 있는가?

주요 결과

• 2MASS 0036+18의 자전 주기는 120일 간의 광도 모니터링을 통해 3.080 ± 0.001 시간로 측정되었다.
• 가시광선 및 근적외선 빛의 곡선 간에 유의미한 위상 이동이 관측되지 않아, 변화의 원인이 여러 대기 압력 수준에서 일관되게 발생하고 있음을 시사한다.
• 광도 변화 폭은 파장이 길어질수록 감소하며, 이는 표면온도 1700 K보다 약 100 K 높거나 낮은 별 spots에 의해 일어나는 것으로 일치한다.
• 스펙트럼 피팅 결과, 2MASS 0036+18의 대기는 상당히 두꺼운 구름에 둘러싸여 있으며, 이는 구름과 별 spots 간의 복잡한 상호작용을 시사한다.
• 여러 자전 주기 동안 빛의 곡선에 명백한 변화가 없어, 주로 변화를 이끄는 메커니즘이 안정되어 있으며, 장기적인 별 spots 또는 균일하게 분포된 구름 특징과 일치한다.
• 강한 위상 오프셋이 없고, Hα 방출(Pineda 등, 2016)이 존재함으로써 별 spots가 변화의 주요 원인임을 지지하는 바이며, 구름은 보조적 역할을 할 수 있다.