[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 3

한 줄 요약

이 연구는 L3.5 흑색왜성 2MASS 0036+18의 120일에 걸친 다파장 광도 측정을 제시하며, 광선 곡선의 진화가 최소한인 3.080 ± 0.001 시간의 자전 주기를 규명하였다. 적외선 및 가시광선 파장에서의 상당한 단계 이동이 관측되지 않으며, 파장이 길어질수록 변동성 진폭이 감소하는 것은, 1700 K 대기면보다 약 100 K 더 뜨겁거나 차가운 별spots가 주요 원인임을 시사한다. 그러나 두꺼운 다층 구름와의 복잡한 상호작용 역시 가능성이 크다.

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

• 다양한 파장에서 L3.5 흑색왜성 2MASS 0036+18의 장기 광도 변동성을 규명하기 위해.
• 변동성의 주요 원인이 별spots, 기상 구름 투과도 변화, 또는 오로라 활동인지를 규명하기 위해.
• 100개 이상의 자전 주기 동안 광선 곡선의 안정성과 진화를 평가하기 위해.
• 기상 구름의 존재와 그들이 대기 온도 대비 기여도를 제약하기 위해.

제안 방법

• 다양한 광학 및 근적외선 대역에서 지상 기반 망원경을 이용해 22개의 야간 광도 측정을 수행하였다.
• 7개의 야간에 걸쳐 동시 다파장 관측을 실시하여 광선 곡선 단계를 직접 비교할 수 있도록 하였다.
• 약 120일 간의 관측을 통해 광선 곡선 접기 및 단계 분석을 통해 자전 주기를 측정하였다.
• 스펙트럼 에너지 분포를 피팅하여 기상 구름의 특성과 대기 온도 구조를 추론하였다.
• 파장에 따른 변동성 진폭 추세를 분석하여 별spots와 기상 구름에 의한 모델을 구분하였다.
• 광도 모니터링을 통해 플레어 발생 빈도를 평가하고, 전행 행성의 존재 여부를 배제하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 L3.5 흑색왜성 2MASS 0036+18의 광도 변동성의 주요 물리적 메커니즘은 무엇인가요?
• RQ2 다파장 광선 곡선은 상당한 단계 이동을 보이며, 이는 비균질성의 성격에 대해 무엇을 시사합니까?
• RQ3 광선 곡선의 진폭과 형태는 여러 자전 주기 동안 어떻게 진화합니까?
• RQ4 기상 구름과 별spots는 관측된 변동성을 형성하는 데 얼마나 공존하고 상호작용합니까?
• RQ5 변동성은 단일 메커니즘에 의해 일어나는지, 아니면 별spots와 다층 구름의 조합이 필요합니까?

주요 결과

• 2MASS 0036+18의 자전 주기는 120일 간의 관측 기간 동안 정확히 3.080 ± 0.001 시간로 측정되었다.
• 다파장 광선 곡선 간에 상당한 단계 이동이 관측되지 않으며, 이는 단일층 기상 구름 투과도 변화보다는 별spots 또는 다층 구름를 지지한다.
• 파장이 길어질수록 변동성 진폭이 감소하며, 이는 1700 K 대기면보다 약 100 K 더 뜨겁거나 차가운 별spots와 일치한다.
• 스펙트럼 피팅 결과, 두꺼운 기상 구름가 흑색왜성을 둘러싸고 있으며, 표면 비균질성과의 복잡한 상호작용을 시사한다.
• 광선 곡선은 자전 주기에서 자전 주기로의 진화가 최소한이며, L/T 전이 단계의 흑색왜성에서 관측되는 급격한 변동성 진화와 대조된다.
• 가시광선/근적외선 플레어가 관측되지 않으며, 전행 행성이 존재하지 않아 이들이 변동성의 원인이 될 수 없다.