[논문 리뷰] Magnetic activity in the HARPS M-dwarf sample. The rotation-activity relationship for very low-mass stars through R'HK

N. Astudillo-Defru, X. Delfosse외 4명|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|2016. 10. 27.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 74인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 고해상도 HARPS 분광법을 사용하여 저질량 및 매우 낮은 질량의 별(M 초거리)에 대해 $R^{\'\prime}_{HK}$ 인덱스를 보정하고, 강력한 자전-활동 관계를 수립한다. 이 연구는 자전 주기가 10일 미만일 경우 $R^{\'\prime}_{HK}$ 가 약 $10^{-4}$ 에서 포화되며, 0.6 M$_\odot$ 이하의 질량에서 활동성이 감소하고, 짧은 기간 내 변동성이 평균 활동 수준과 상관관계를 보임을 발견한다.

ABSTRACT

Atmospheric magnetic fields in stars with convective envelopes heat stellar chromospheres. Starting with the historical Mount Wilson monitoring program, CaH&K lines have been widely used to trace stellar magnetic activity, and as a proxy for rotation period and consequently for stellar age. Monitoring stellar activity has also become essential in filtering out false-positives due to magnetic activity in extra-solar planet surveys. The Ca H&Kemission is traditionally quantified through the R'HK-index, which compares the chromospheric flux in the doublet to the overall bolometric flux of the star. Much work has been done to characterize this index for FGK-dwarfs, but M-dwarfs were left out of these analyses and no calibration of their Ca ii H&K emission to an R'HK exists to date. We set out to characterize the magnetic activity of the low and very low-mass stars by providing a calibration of the R'HK-index that extends to the realm of M-dwarfs, and by evaluating the relation between R'HK and the rotation period. We calibrated the bolometric and photospheric factors for M-dwarfs to properly transform the S-index into the R'HK. We monitored magnetic activity through the Ca ii H&K emission lines in the HARPS M-dwarf sample. The R'HK index, like the fractional X-ray luminosity L_X/Lbol, shows a saturated correlation with rotation, with saturation setting in around a ten days rotation period. Above that period, slower rotators show weaker Ca ii activity, as expected. Under that period, the R'HK index saturates to ~10^-4. Stellar mass modulates the Ca ii activity, with R'HK showing a constant basal activity above 0.6Msun and then decreasing with mass between 0.6Msun and the fully-convective limit of 0.35Msun. Short-term variability of the activity correlates with its mean level, stars with higher R'HK index show larger R'HK variability, as previously observed for earlier spectral types.

연구 동기 및 목표

• 저질량 및 매우 낮은 질량의 별(M 초거리)에 대해 이전에 보고된 바가 없던 $R^{\\'\\prime}_{HK}}$ 인덱스의 보정을 수행한다.
• M 초거리에서 $R^{\\'\\prime}_{HK}}$ 와 자전 주기 간의 관계를 수립한다.
• 별의 질량이 M 초거리에서 코어스피어릭 활동에 어떻게 영향을 주는지 정량화한다.
• 단기적 변동성과 평균 활동 수준 간의 상관관계를 평가한다.
• M 초거리 시스템에서 반지름 속도 흔들림을 걸러내기 위한 신뢰할 수 있는 활동 지표를 제공함으로써 외계행성 탐지에 기여한다.

제안 방법

• S-인덱스(칼슘 이온 H 및 K 선의 복사율을 인근 연속 스펙트럼에 대비한 비율)를 M 초거리의 $R^{\\'\\prime}_{HK}}$ 로 변환하기 위해 복사계 및 광학적 인자를 보정한다.
• M 초거리 샘플의 고해상도 HARPS 분광법을 사용하여 칼슘 이온 H 및 K 선의 복사선을 측정한다.
• 각 별에 대해 다수의 관측치로부터 중앙값 $R^{\\'\\prime}_{HK}}$ 와 그 분산을 계산한다.
• 주기 분석 및 데이터로부터 유도된 자전-활동 관계(식 12)를 사용하여 자전 주기를 유도한다.
• 정확한 $R^{\\'\\prime}_{HK}}$ 변환을 위해 별의 물리적 매개변수(예: V-K 색상, 일절)에 대한 보정을 적용한다.
• 샘플 전반에서 평균 값과의 분산을 비교하여 $R^{\\'\\prime}_{HK}}$ 의 변동성을 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 자전 주기가 10일 미만인 M 초거리에서 $R^{\\'\\prime}_{HK}}$ 인덱스는 어떻게 행동하는가?
• RQ2 0.35–0.6 M$_\odot$ 범위 내에서 $R^{\\'\\prime}_{HK}}$ 는 별의 질량에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ3 $R^{\\'\\prime}_{HK}}$ 는 높은 활동 수준에서 포화되는가? 만약 그렇다면 어느 값에서 포화되는가?
• RQ4 단기적 변동성과 평균 활동 수준 간의 상관관계는 어떻게 되는가?
• RQ5 M 초거리의 반지름 속도 탐사에서 $R^{\\'\\prime}_{HK}}$ 인덱스는 자명한 자기 활동 지표로 신뢰성 있게 사용될 수 있는가?

주요 결과

• 자전 주기가 10일 미만일 경우 $R^{\\'\\prime}_{HK}}$ 가 약 $10^{-4}$ 에서 포화되며, 이는 최대 코어스피어릭 활동 수준을 나타낸다.
• 0.6 M$_\odot$ 이상의 별들에서는 $R^{\\'\\prime}_{HK}}$ 가 일정한 기저 활동 수준을 유지하지만, 0.6 M$_\odot$ 에서부터 완전한 대류 한계인 0.35 M$_\odot$ 까지 질량 감소에 따라 활동성이 감소한다.
• 평균 $R^{\\'\\prime}_{HK}}$ 가 높은 별일수록 인덱스의 단기적 변동성이 더 크며, 활동 수준과 변동성 진폭 사이의 상관관계를 확인한다.
• $R^{\\'\\prime}_{HK}}$ 는 자전 주기와 포화된 상관관계를 보이며, 더 질량이 큰 별들에서 관찰된 경향과 일치한다.
• M 초거리에 대한 $R^{\\'\\prime}_{HK}}$ 의 보정은 외계행성 탐지 캠프에서 활동 유도 반지름 속도 흔들림을 개선하여 걸러내는 데 기여한다.
• 전자 앨리브러리의 표 6은 HARPS M 초거리 샘플의 전체 $R^{\\'\\prime}_{HK}}$ 측정치, S-인덱스 값 및 유도된 자전 주기를 제공한다.