[논문 리뷰] Magnetism in pre-MS intermediate-mass stars and the fossil field hypothesis

E. Alécian, G. A. Wade외 12명|arXiv (Cornell University)|2007. 12. 03.

Astro and Planetary Science인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 캐나다-프랑스-하와이 천체망원경의 ESPaDOnS를 사용한 고해상도 스펙트로폴라미메트리로, 주계열 전 중질량 항성(Herbig Ae/Be 항성)에서 자기장을 탐지하여 화석 자기장 가설을 검증한다. 약 7%의 현장 Herbig Ae/Be 항성이 자기장을 지닌 것으로 밝혀졌으며, 이는 1–1.4 kG의 다이폴 자기장에 해당한다. 또한 NGC 2244와 NGC 6611라는 두 개의 젊은 성운에서 자기장을 탐지했으며, W601에서 v sin i ~180 km/s의 빠른 자전을 보이는 항성도 포함되어 있다. 이러한 결과들은 화석 자기장 가설을 강력히 지지하며, 자기장이 주계열 진화 동안 유지되고, Ap/Bp 항성에서 관측되는 주계열 자기장 강도와 일치하는 것으로 예측된다.

ABSTRACT

Today, one of the greatest challenges concerning the Ap/Bp stars is to understand the origin of their slow rotation and their magnetic fields. The favoured hypothesis for the latter is the fossil field, which implies that the magnetic fields subsist throughout the different evolutionary phases, and in particular during the pre-main sequence phase. The existence of magnetic fields at the pre-main sequence phase is also required to explain the slow rotation of Ap/Bp stars. However, until recently, essentially no information was available about the magnetic properties of intermediate-mass pre-main sequence stars, the so-called Herbig Ae/Be stars. The new high-resolution spectropolarimeter ESPaDOnS, installed in 2005 at the Canada-France-Hawaii telescope, provided the capability necessary to perform surveys of the Herbig Ae/Be stars in order to investigate their magnetism and rotation. These investigations have resulted in the detection and/or confirmation of magnetic fields in 8 Herbig Ae/Be stars, ranging in mass from 2 to nearly 15 solar masses. In this contribution I will present the results of our survey, as well as their implications for the origin and evolution of the magnetic fields and rotation.

연구 동기 및 목표

• Ap/Bp 항성의 조상인 주계열 전 중질량 항성인 Herbig Ae/Be 항성에서 자기장을 검색함으로써 화석 자기장 가설을 검증하기 위해.
• Herbig Ae/Be 항성의 자기장이 강하고 조직화되어 있어 주계열 Ap/Bp 항성에서 관측된 자기장을 설명할 수 있는지 확인하기 위해.
• 주계열 전 항성에서 자기장이 자전을 제어하는지, 또는 자전이 자기장 생존에 영향을 미치는지 조사하기 위해.
• 나이와 조성이 알려진 젊은 산개성운에서 항성을 관측함으로써 진화적 영향과 初기 조건을 분리하여 분석하기 위해.
• 주계열 A/B 항성과의 자기장 및 자전 특성을 비교하여 자기장 생존과 각운동량 진화를 평가하기 위해.

제안 방법

• 캐나다-프랑스-하와이 천체망원경의 ESPaDOnS 기구를 사용하여 55개의 현장 Herbig Ae/Be 항성에 대한 스펙트로폴라미트리 조사 수행.
• 고해상도 스펙트로폴라미트리를 활용하여 스토크스 V 프로파일에서 자오화 효과를 통해 자기장을 탐지하고 특성화.
• 자기장 구조와 강도를 파악하기 위해 여러 날에 걸쳐 자기장 항성을 관측하고, 다이폴 자기장 모델을 가정.
• 남반구 항성의 데이터를 UCLES 및 SemelPol을 사용해 분석하여 이전에 확인된 HD 104237 및 HD 101412의 탐지 결과를 확인.
• 자기장 특성과 항성 진화 모델, HR도 위치를 비교하여 핵심 대류가 자기장 생성에 필요한지 평가.
• 나이와 初기 조성이 알려진 공동진화된 집단인 NGC 2244, NGC 2264, NGC 6611에서 성운 조사 수행하여 자기장 진화를 연구.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 주계열 전 중질량 항성(Herbig Ae/Be 항성)이 화석 자기장 가설이 예측하는 바와 같이 대규모 자기장을 지닐 수 있는가?
• RQ2 Herbig Ae/Be 항성에서 자기장을 지닌 항성 비율은 주계열에서 관측된 Ap/Bp 항성의 자기장 비율과 일치하는가?
• RQ3 Herbig Ae/Be 항성에서의 자기장이 수축 과정에서 자기율 보존에 의해 주계절 Ap/Bp 항성에서 관측되는 강력하고 조직화된 자기장으로 진화할 수 있는가?
• RQ4 주계열 전 항성에서 자기장 존재와 느린 자전 사이에 상관관계가 있는가, 아니면 빠른 자전 항성도 자기장을 유지하여 자기장 생존이 자전과 독립적임을 시사하는가?
• RQ5 핵심 대류가 자기장 생성에 필수적인가, 아니면 완전히 복사 영역에 있는 항성에서도 자기장이 유지될 수 있는가?

주요 결과

• 55개의 현장 Herbig Ae/Be 항성 중 4개에서 자기장을 탐지하여, 약 7%의 자기장 비율을 확보하였으며, 이는 화석 자기장 가설에 따른 예측 범위인 2–10%와 일치한다.
• 세 개의 자기장 항성(HD 200775, HD 72106, V380 Ori)은 1 kG에서 1.4 kG 사이의 다이폴 자기장을 지니며, 항성 내부의 중심 또는 약간 이탈된 위치에 있다.
• HD 190073는 두 해 동안 안정적이고 단순한 스토크스 V 프로파일을 보이며, 100 G에서 1 kG 사이의 대규모 조직화된 자기장임을 시사하지만, 그 구조는 아직 규명되지 않았다.
• 탐지된 Herbig Ae/Be 항성의 자기장은 화석 자기장과 일치하며, 주계열에서의 표면 자기장 강도가 400 G에서 4 kG로 예측되며, 일반적인 Ap/Bp 항성의 자기장 강도와 일치한다.
• 두 개의 젊은 성운에서 자기장을 탐지했다: NGC 2244(6 Myr, v sin i ~25 km/s)와 NGC 6611의 W601(1 Myr 미만, v sin i ~180 km/s), 이는 자기장이 빠른 자전 항성에서도 유지된다는 것을 시사한다.
• 모든 여덟 개의 자기장 Herbig Ae/Be 항성은 HR도의 완전히 복사 영역에 위치해 있으며, 핵심 대류의 증거는 없으며, 이는 핵심 대류가 자기장 생성에 필수적이지 않음을 시사하며, 화석 자기장 기원을 지지한다.