[논문 리뷰] Long-term, Multiwavelength Light Curves of Ultra-Cool Dwarfs: II. The evolving Light Curves of the T2.5 SIMP 0136 & the Uncorrelated Light Curves of the M9 TVLM 513

Bryce Croll, Philip S. Muirhead외 4명|arXiv (Cornell University)|2016. 09. 12.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 T2.5 흑구성운인 SIMP 0136의 적외선 밴드에서 17개의 야간 관측을 수행하여, 그 빛의 곡선 진폭이 일주일 내로 6% 이상에서 1% 미만으로 급격히 변화하는 것을 확인하였다. 이는 단일 자전 주기 관측에 기반한 스펙트럼 해석이 일시적인 샷진일 수 있음을 시사한다. M9 흑구성운인 TVLM 513에 대해 동시 J- 및 I-밴드 관측을 통해 변동성이 어둠운 구름 또는 오로라에 기인함을 확인하였다. 이는 별 spots가 원인이 아님을 의미한다.

ABSTRACT

We present 17 nights of ground-based, near-infrared photometry of the variable L/T transition brown dwarf SIMP J013656.5+093347 and an additional 3 nights of ground-based photometry of the radio-active late M-dwarf TVLM 513-46546. Our TVLM 513-46546 photometry includes 2 nights of simultaneous, multiwavelength, ground-based photometry, in which we detect obvious J-band variability, but do not detect I-band variability of similar amplitude, confirming that the variability of TVLM 513-46546 most likely arises from clouds or aurorae, rather than starspots. Our photometry of SIMP J013656.5+093347 includes 15 nights of J-band photometry that allow us to observe how the variable light curve of this L/T transition brown dwarf evolves from rotation period to rotation period, night-to-night and week-to-week. We estimate the rotation period of SIMP J013656.5+093347 as 2.406 +/- 0.008 hours, and do not find evidence for obvious differential rotation. The peak-to-peak amplitude displayed by SIMP J013656.5+093347 in our light curves evolves from greater than 6% to less than 1% in a matter of days, and the typical timescale for significant evolution of the SIMP J013656.5+093347 light curve appears to be approximately <1 to 10 rotation periods. This suggests that those performing spectrophotometric observations of brown dwarfs should be cautious in their interpretations comparing the spectra between a variable brown dwarf's maximum flux and minimum flux from observations lasting only approximately a rotation period, as these comparisons may depict the spectral characteristics of a single, ephemeral snapshot, rather than the full range of characteristics.

연구 동기 및 목표

• 초냉각 흑구성운, 특히 L/T 전이 영역에서의 광도 변동성 장기적 변화를 조사하기 위해.
• 단기적 스펙트럼 광도 측정 관측이 변동성이 있는 흑구성운에서 스펙트럼 특성의 전반적인 범위를 포괄하는지 확인하기 위해.
• 다중 파장 광도 측정을 통해 저온성 흑구성운에서의 변동성 원인으로서의 별 spots, 어둠운 구름, 오로라를 구분하기 위해.
• L/T 전이 영역의 흑구성운에서 빛의 곡선 변화의 시간 스케일을 처음으로 신뢰할 수 있는 데이터로 측정하기 위해.
• 변동성이 있는 흑구성운에서 최대 및 최소 광도 상태 간의 스펙트럼 비교의 신뢰성을 평가하기 위해.

제안 방법

• T2.5 흑구성운인 SIMP J013656.5+093347에 대해 17개의 지상 기반 적외선 광도 측정을 수행하였으며, 이 중 15개 야간은 J-밴드에서 수행되었다.
• M9 흑구성운인 TVLM 513-46546에 대해 두 날 동안 동시 J- 및 I-밴드 광도 측정을 수행하여 파장 간 변동성 진폭을 비교하였다.
• 푸리에 분석 및 위상 폴딩된 빛의 곡선을 사용하여 SIMP 0136의 자전 주기를 고정밀도로 측정(2.406 ± 0.008 시간)하였다.
• 정점에서 정점까지의 진폭 변화를 야간 및 주간 단위로 추적하여 빛의 곡선 변화의 시간 스케일을 정량화하였다.
• TVLM 513의 J-밴드 및 I-밴드 변동성 진폭을 비교하여 별 spots에 의한 변동성의 가능성을 배제하였다.
• 야간 간의 광도 주기 일관성을 평가하여 비균일 자전의 가능성을 제약하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 L/T 전이 영역의 흑구성운인 SIMP 0136의 빛의 곡선에서 뚜렷한 변화가 발생하는 데 걸리는 시간 스케일은 무엇인가요?
• RQ2 TVLM 513의 변동성은 다중 파장 광도 측정에 의해 별 spots, 어둠운 구름, 또는 오로라 중 무엇에 기인한 것인가요?
• RQ3 변동성이 있는 흑구성운의 단일 자전 주기 관측이 스펙트럼 특성의 전반적인 범위를 얼마나 잘 반영하고 있나요?
• RQ4 야간 간 주기 안정성에 기반해 SIMP 0136에서 비균일 자전의 증거가 있는가요?
• RQ5 SIMP 0136의 변동성 진폭은 며칠 내로 한 자전 주기에서 다음 자전 주기로 어떻게 변화하는가요?

주요 결과

• SIMP J013656.5+093347의 자전 주기는 2.406 ± 0.008 시간로 측정되었으며, 야간 간 유의미한 주기 변화는 관측되지 않았다.
• SIMP 0136의 J-밴드 빛의 곡선에서 정점에서 정점까지의 진폭은 단지 며칠 내로 6% 이상에서 1% 미만으로 변화하였다.
• SIMP 0136에서 뚜렷한 빛의 곡선 변화의 시간 스케일은 한 자전 주기에서부터 약 1일까지 다양하다.
• J-밴드에서의 명확한 변동성에도 불구하고 TVLM 513-46546에서 유의미한 I-밴드 변동성은 관측되지 않아 별 spots가 주요 원인이 아님을 배제하였다.
• 다중 파장 광도 일관성에 기반해 TVLM 513의 변동성은 별 spots가 아닌 어둠운 구름 또는 오로라에 의해 주로 유도된 것으로 보인다.
• 본 연구는 변동성이 있는 흑구성운에서 최대 및 최소 광도 상태 간의 스펙트럼 광도 비교가 전체 스펙트럼 범위를 반영하는 것이 아니라 단지 일시적인 샷진일 수 있음을 입증하였다.