[논문 리뷰] On cyclic activity of the Sun and solar-type stars

Е. А. Бруевич, G. S. Ivanov-Kholodnyj|arXiv (Cornell University)|2011. 08. 27.

Solar and Space Plasma Dynamics참고 문헌 8인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 태양형 항성 33개와 태양에 대해 20년간의 동시에 측정된 광구 및 코로나층 복사원소 데이터를 HK 프로젝트에서 분석하여 빠른 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)을 사용해 주기적 활동을 탐지한다. 연구는 코로나층 복사원소에서 광범위하게 퍼진 약 2년 주기 변동(2.2–3.8년)을 확인하였으며, 약 75%의 항성에서 이러한 주기적 변동이 관측되었는데, 이는 11년 주기보다 더 흔한 것으로 나타나, 태양형 항성의 하부광구 대류층 구조와 자기활동 주기 사이에 근본적인 연관성이 있음을 시사한다.

ABSTRACT

The cyclicity of 33 solar-type stars that are similar to 11-year and to the quasi-biennial variations of solar radiation have studied. Our calculation were based on new simultaneous observations of the flux variations of the photospheric and chromospheric emissions of 33 solar-type stars and the Sun during the HK project that were conducted over the last 20 years. The method of Fast Fourier Transform was applied to these observed data. In addition to the known cyclic chromospheric emission variations of stars at the 11-year time scale, which were discovered at the Mount Wilson Observatory, we found a recurrences on the quasi-biennial time scale. The results of calculations of periods of the star's fluxes variations at the 11-year and quasi-biennial time scales are presented

연구 동기 및 목표

• 잘 알려진 11년 주기 이외의 태양형 항성에서 주기적 활동의 존재 및 특성에 대해 조사한다.
• 태양과 유사한 코로나층 복사원소에서의 약 2년 주기 변동이 태양형 항성에서 흔한지 여부를 확인한다.
• 11년 주기 및 약 2년 주기의 주기 길이가 항성 스펙트럼 유형과 효율 온도에 따라 어떻게 달라지는지 조사한다.
• 태양형 항성에서 주기 길이와 하부광구 대류층 구조 간의 관계를 평가한다.

제안 방법

• HK 프로젝트에서 확보한 20년간의 동시에 측정된 관측 데이터를 활용하여 광구 복사원소(ubvy 체계)와 코로나층 Ca II H 및 K 선 복사원소를 분석한다.
• 태양과 태양형 항성 33개의 복사원소 변화 데이터에서 주기성을 추출하기 위해 빠른 푸리에 변환(FFT)을 적용한다.
• 각 항성에 대해 11년 주기 길이($T_{11}$)와 약 2년 주기 길이($T_2$)를 계산하고 비교한다.
• 항성의 효율 온도($T_{\text{eff}}$)와 스펙트럼 유형과의 상관관계를 통해 $T_{11}$ 및 $T_2$의 구조적 의존성을 평가한다.
• 이전에 Mount Wilson 관측에서 보고된 값과 비교하여 $T_{11}$ 값의 타당성을 검증한다 (Lockwood 등 2007).
• 11년 주기 동안 $T_2$의 안정성에 대해 분석하며, 태양에서 관측된 것과 유사한 변동을 기록한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 태양형 항성은 태양에서 관측된 바와 유사한 코로나층 복사원소에서 약 2년 주기의 변동을 보이는가?
• RQ2 HK 프로젝트 샘플 내 태양형 항성에서 11년 주기와 약 2년 주기의 주기적 활동은 얼마나 자주 관측되는가?
• RQ3 11년 주기 길이($T_{11}$)와 항성의 효율 온도 또는 스펙트럼 유형 간에 상관관계가 있는가?
• RQ4 샘플 전반에서 약 2년 주기의 주기 길이($T_2$)는 어느 정도 변동하며, 항성 파라미터에 따라 의존성이 있는가?
• RQ5 관측된 주기 길이가 하부광구 대류층 크기를 기반으로 한 이론적 기대치와 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 샘플 내 태양형 항성 33개 중 약 75%가 뚜렷한 약 2년 주기의 복사원소 변화를 보이며, 이는 태양형 항성에서 흔한 주기임을 시사한다.
• 약 2년 주기 길이($T_2$)는 2.2년에서 3.8년 사이이며, 대부분의 값은 2.0년에서 3.2년 사이에 분포한다.
• 11년 주기 길이($T_{11}$)는 F5형 항성에서 K7형 항성으로 갈수록 약 30–40% 증가하며, 하부광구 대류층 크가 증가함에 따라 상관관계를 보인다.
• FFT 분석을 통해 유도된 $T_{11}$ 값은 이전에 Mount Wilson 관측에서 보고된 값과 잘 일치하여 분석 방법의 타당성을 입증한다.
• 약 2년 주기 길이($T_2$)는 11년 주기 동안 일정하지 않으며, 약 25개월에서 약 39개월 사이로 변동한다 — 태양의 행동과 유사하다.
• 이 연구는 약 2년 주기의 변동이 샘플 내에서 11년 주기보다 더 자주 관측된다는 점을 확인하여, 항성 자기활동에서 근본적인 역할을 한다고 시사한다.