[논문 리뷰] Multi-wavelength variability of the young solar analog iota Hor. X-ray cycle, star spots, flares, and UV emission

J. Sanz‐Forcada, B. Stelzer외 3명|arXiv (Cornell University)|2019. 09. 03.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 75인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 다중파장 XMM-Newton, TESS 및 HST 관측을 통해 젊은 태양형 별 iota Hor에서 안정적인 1.6년 주기의 X선 코로나 활동 주기를 확인한다. 이는 광학적 표면과 유사한 원소 농도를 가진 규칙적인 코로나 주기를 보이며, 광도적 자전 주기는 8.19 ± 0.26일이다. 반면 UV 및 X선 변동성은 상호 연결되어 있지 않으며, 기울기 효과와 더 넓게 퍼진 코로나 방출이 반구 비대칭성에 덜 민감하기 때문에 이로 인해 발생할 가능성이 있다.

ABSTRACT

Chromospheric activity cycles are common in late-type stars; however, only a handful of coronal activity cycles have been discovered. \ihor\ is the most active and youngest star with known coronal cycles. It is also a young solar analog, and we are likely facing the earliest cycles in the evolution of solar-like stars, at an age (~600 Myr) when life appeared on Earth. Our aim is to confirm the ~1.6 yr coronal cycle and characterize its stability over time. We use X-ray observations of iota Hor to study the corona of a star representing the solar past through variability, thermal structure, and coronal abundances. We analyzed multi-wavelength observations of iota Hor using XMM-Newton, TESS, and HST data. We monitored iota Hor throughout almost seven years in X-rays and in two UV bands. The summed RGS and STIS spectra were used for a detailed thermal structure model, and the determination of coronal abundances. We studied rotation and flares in the TESS light curve. We find a stable coronal cycle along four complete periods, more than covered in the Sun. There is no evidence for a second longer X-ray cycle. Coronal abundances are consistent with photospheric values, discarding any effects related to the first ionization potential. From the TESS light curve we derived the first photometric measurement of the rotation period (8.2 d). No flares were detected in the TESS light curve of iota Hor. We estimate the probability of having detected zero flares with TESS to be ~2%. We corroborate the presence of an activity cycle of ~1.6 yr in iota Hor in X-rays, more regular than its Ca II H&K counterpart. A decoupling of the activity between the northern and southern hemispheres of the star might explain the disagreement. The inclination of the system would result in an irregular behavior in the chromospheric indicators. The more extended coronal material would be less sensitive to this effect.

연구 동기 및 목표

• iota Hor에서 알려진 X선 변동성과 함께 1.6년 주기의 코로나 활동 주기가 존재하고 안정적인지 확인하는 것.
• 고해상도 X선 스펙트로스코피를 사용하여 별의 열적 구조와 코로나 원소 농도를 특성화하는 것.
• TESS 광도 측정을 통해 표면 비균일성에 의한 빛의 조절을 이용해 별의 자전 주기를 측정하고, 스펙트로스코픽 측정과 비교하는 것.
• 특히 크로모스피어(Ca ii H&K) 활동 주기와 코로나(X선) 활동 주기 간의 괴리, 즉 크로모스피어 신호의 비규칙성과 X선 조절의 규칙성 원인을 조사하는 것.
• 플레어와 UV 방출 변동성의 존재 여부를 평가하고, 관측된 활동 지표에 영향을 미치는 관측 기하학적 조건을 평가하는 것.

제안 방법

• XMM-Newton X선 관측(EPIC 및 RGS 기구) 분석을 통해 X선 빛의 세기 변화, 스펙트럼 피팅 및 코로나 열적 구조 유도.
• 표면 비균일성에 의한 빛의 조절을 이용해 TESS 광도 측정을 통해 별의 자전 주기를 측정하는 것.
• 결합된 RGS 및 STIS 데이터의 스펙트럼 분석을 통해 코로나 원소 농도를 결정하고, 첫 번째 이온화 포텐셜(FIP) 효과를 평가하는 것.
• GALEX 및 HST/OM에서의 UV 복사 밀도 측정을 통해 크로모스피어 초과를 정량화하고, 광학적 기여를 제거하는 것.
• Kepler 데이터에서 유도한 슈퍼플레어 통계를 기준으로 TESS 데이터에서 플레어 탐지 확률을 통계적으로 평가하는 것.
• 자전 주기와 v sin i를 이용해 자전 속도(vsini)와 항성 반경을 통해 기울기 추정을 수행하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 iota Hor에서 1.6년 주기의 X선 코로나 활동 주기는 여러 주기 동안 안정적인가? 더 장기적인 조절 신호가 있는가?
• RQ2 왜 iota Hor에서 X선 코로나 주기는 크로모스피어 Ca ii H&K 주기보다 더 규칙적인가?
• RQ3 iota Hor의 진정한 자전 주기는 무엇이며, 이전의 스펙트로스코픽 추정치와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 TESS 빛의 세기 변화에서 검출 가능한 플레어가 있는가? 이러한 사건을 놓칠 가능성이 얼마나 되는가?
• RQ5 UV 방출은 X선 변동성과 어떻게 다르게 변화하는가? 이는 크로모스피어와 코로나 활동 간의 관계에 대해 어떤 의미를 갖는가?

주요 결과

• iota Hor의 X선 코로나 활동 주기는 네 번의 완전한 주기 동안 안정되어 있으며, 더 장기적인 주기의 증거는 없어, 강력하고 규칙적인 조절을 나타낸다.
• iota Hor의 자전 주기는 광도 측정으로 8.19 ± 0.26일로 측정되었으며, S-인덱스, 도플러 속도, 자기장 측정에서 이전에 얻은 스펙트로스코픽 추정치와 일치한다.
• TESS 빛의 세기 변화에서 플레어는 검출되지 않았으며, 플레어를 놓칠 가능성이 약 2%로 추정되어, 낮은 플레어 빈도 또는 높은 플레어 에너지 임계치를 시사한다.
• 코로나 원소 농도는 광학적 농도와 일치하며, 명백한 첫 번째 이온화 포텐셜(FIP) 효과가 없어, 이전의 저해상도 X선 연구 결과와 모순되며, 스펙트럼 유형에 따른 FIP 경향성에 도전한다.
• UV 방출은 제한된 변동성(~14% 진폭)을 보이며 X선 주기를 따라가지 않으며, 이는 크로모스피어 방출이 관측 기하학과 반구 비대칭성에 더 민감하기 때문일 가능성이 있다.
• 시스템의 기울기(~56°)가 크로모스피어와 코로나 변동성 간의 분리 원인으로 제안되며, 코로나 방출은 더 넓게 퍼져 있어 관측 각도 효과에 덜 영향을 받기 때문이다.