[논문 리뷰] Multiwavelength observations of a giant flare on CN Leonis I. The chromosphere as seen in the optical spectra

B. Fuhrmeister, C. Liefke외 2명|GoeScholar The Publication Server of the Georg-August-Universität Göttingen (Georg-August-Universität Göttingen)|2008. 07. 13.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 35인용 수 42

한 줄 요약

이 연구는 M5.5형 주계열 왜성 CN Leonis에서 발생한 거대 플레어에 대한 다파장 관측을 제시하며, VLT/UVES와 XMM-Newton를 활용해 광학 스펙트럼에서 채층의 반응을 분석한다. 총 1,143개의 발광선을 확인했으며, 그 중 154개는 적외선 영역에 위치해 있으며, 플레어 발생 초기에는 청색 이심이 관측되고 폐쇄 단계에는 적색 이심이 관측되어 채층의 플레어에서 상승하는 고리와 다시 떨어지는 물질의 질량 운동을 해석한다. 플레어 발생 초기에 연속 스펙트럼의 온도는 20,000 K를 초과한다.

ABSTRACT

Flares on dM stars contain plasmas at very different temperatures and thus affect a wide wavelength range in the electromagnetic spectrum. While the coronal properties of flares are studied best in X-rays, the chromosphere of the star is observed best in the optical and ultraviolet ranges. Therefore, multiwavelength observations are essential to study flare properties throughout the atmosphere of a star. We analysed simultaneous observations with UVES/VLT and XMM-Newton of the active M5.5 dwarf CN Leo (Gl 406) exhibiting a major flare. The optical data cover the wavelength range from 3000 to 10000 Angstrom. From our optical data, we find an enormous wealth of chromospheric emission lines occurring throughout the spectrum. We identify a total of 1143 emission lines, out of which 154 are located in the red arm, increasing the number of observed emission lines in this red wavelength range by about a factor of 10. Here we present an emission line list and a spectral atlas. We also find line asymmetries for H I, He I, and Ca II lines. For the last, this is the first observation of asymmetries due to a stellar flare. During the flare onset, there is additional flux found in the blue wing, while in the decay phase, additional flux is found in the red wing. We interpret both features as caused by mass motions. In addition to the lines, the flare manifests itself in the enhancement of the continuum throughout the whole spectrum, inverting the normal slope for the net flare spectrum.

연구 동기 및 목표

• CN Leonis에서 발생한 거대 항성 플레어 동안 채층 반응을 동시에 촬영한 광학 및 X선 관측을 통해 연구하기.
• 특히 적외선 파장 범위에서의 광학 스펙트럼에서 채층 발광선을 식별하고 목록화하기.
• 선형형상 이심의 시간적 변화를 분석하고, 항성 대기 중 질량 운동의 의미로 해석하기.
• 플레어 동안 연속 스펙트럼 강화를 특성화하고 열적 성질을 규명하기.
• 향후 항성 채층 플레어의 반경험 모델링을 위한 고해상도 광학 데이터 제공하기.

제안 방법

• 거대 플레어 발생 중 VLT/UVES를 활용해 3000–10,000 Å 범위의 동시에 광학 스펙트럼을 확보하였다.
• 플레어 활동이 다양한 파장에서 어떻게 연관되어 있는지 분석하기 위해 XMM-Newton X선 데이터와 함께 광학 데이터를 분석하였다.
• 스펙트럼 피팅 및 선형형상 분석을 통해 발광선을 식별하였으며, 넓은 감쇠 날개를 위한 로렌츠 프로파일을 사용하였다.
• 플레어 단계에 따라 발광선의 청색 및 적색 날개에서의 복사 강도를 비교하여 선형형상 이심을 정량화하였다.
• 플레어 연속 스펙트럼을 블랙바디 복사로 피팅하여 플레어 발생 및 폐쇄 단계 동안의 온도를 추정하였다.
• 시간에 따른 빛의 밝기 변화 곡선 분석을 통해 광학 플레어 최고점과 스펙트럼 특성 간의 연관성을 규명하고, 다중 플레어 핵심을 식별하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 거대 플레어 동안 CN Leonis에서 어떤 채층 발광선이 자극받는가? 그 강도와 선형형상은 어떻게 변화하는가?
• RQ2 H i, He i, Ca ii 선의 선형형상 이심은 플레어 발생 및 폐쇄 단계에서 어떻게 변화하며, 질량 운동에 대한 정보는 무엇을 드러내는가?
• RQ3 플레어 동안의 광학 연속 스펙트럼은 평소 상태에서 얼마나 다를까? 그 스펙트럼 형태는 방출 플라즈마의 성질을 어떻게 암시하는가?
• RQ4 스펙트럼의 변동성으로부터 복수의 플레어 핵심이 채층 반응에 기여하고 있는가?
• RQ5 유사한 항성에서 X선 및 자외선 플레어와 비교할 때, 이 광학 플레어의 시간 스케일과 빛의 밝기 곡선 형태는 어떻게 다른가?

주요 결과

• 광학 스펙트럼에서 총 1,143개의 발광선이 확인되었으며, 그 중 154개는 적외선 영역에 위치해 있어 이 범위에서 관측된 선의 수를 약 10배 증가시켰다.
• 플레어 발생 초기에 H i, He i, Ca ii 선에서 청색 날개 과잉 복사가 관측되어 상향 운동하는 플라즈마와 일치하는 청색 이심을 나타낸다.
• 폐쇄 단계에 걸쳐 적색 날개 과잉 복사가 확인되어 채층 내에서 하향 운동하는 응고된 구조를 암시한다.
• 플레어 발생 초기의 연속 스펙트럼은 효과 온도가 20,000 K를 초과하는 블랙바디 유사 스펙트럼을 보이며, 시간이 지남에 따라 급격히 냉각된다.
• Ca ii 삼중선은 Balmer 및 He i 선보다 느린 감쇠를 보이며, 항성 플레어에서 Ca ii H 및 K 선의 일반적인 행동과 일치한다.
• 스펙트럼 전반에 걸친 변동 이심은 복수의 플레어 핵심이 존재하며, 각각이 별도의 채층 하강 기류를 유도하고 있음을 암시한다.