[논문 리뷰] Searching for links between magnetic fields and stellar evolution. II. The evolution of magnetic fields as revealed by observations of Ap stars in open clusters and associations

J. D. Landstreet, S. Bagnulo외 5명|arXiv (Cornell University)|2007. 06. 03.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 56인용 수 97

한 줄 요약

이 연구는 연령이 잘 알려진 산성과 연성에 속한 성분들을 분석하여 Ap 항성에서 자기장의 진화를 조사한다. 질량이 큰 Ap 항성($M > 3M_\odot$)의 자기장은 약 3000만 년 동안 감소하며, 이는 자기장 보존과 항성 팽창과 일치한다. 반면 질량이 낮은 Ap 항성은 수억 년 동안 유의미한 자기장 감소가 관측되지 않아 질량에 따라 다른 자기장 진화 기작이 존재할 가능성이 있다.

ABSTRACT

The evolution of magnetic fields in Ap stars during the main sequence phase is presently mostly unconstrained by observation because of the difficulty of assigning accurate ages to known field Ap stars. We are carrying out a large survey of magnetic fields in cluster Ap stars with the goal of obtaining a sample of these stars with well-determined ages. In this paper we analyse the information available from the survey as it currently stands. We select from the available observational sample the stars that are probably (1) cluster or association members and (2) magnetic Ap stars. For the stars in this subsample we determine the fundamental parameters T_eff, log(L/L_o), and M/M_o. With these data and the cluster ages we assign both absolute age and fractional age (the fraction of the main sequence lifetime completed). For this purpose we have derived new bolometric corrections for Ap stars. Magnetic fields are present at the surfaces of Ap stars from the ZAMS to the TAMS. Statistically for the stars with M > 3 M_o the fields decline with advancing age approximately as expected from flux conservation together with increased stellar radius, or perhaps even faster than this rate, on a time scale of about 3 10^7 yr. In contrast, lower mass stars show no compelling evidence for field decrease even on a timescale of several times 10^8 yr. Study of magnetic cluster stars is now a powerful tool for obtaining constraints on evolution of Ap stars through the main sequence. Enlarging the sample of known cluster magnetic stars, and obtaining more precise RMS fields, will help to clarify the results obtained so far. Further field observations are in progress.

연구 동기 및 목표

• 장기 주계열 단계 동안 Ap 항성의 자기장 진화를 제약하기 위해, 필드 내 Ap 항성의 연령 불확실성으로 인해 잘 이해되지 않는 시기의 자기장 진화를 다루기 위함.
• 장기 주계열 단계 동안 Ap 항성의 자기장 진화를 제약하기 위해, 연령가능성이 잘 알려진 열린 별단과 연성 내 Ap 항성을 연구함으로써 연령 불확실성을 극복하고자 함.
• 관측된 자기장 강도와 기본 파rameter를 사용하여 자기장 강도가 연령과 항성 질량에 따라 어떻게 변화하는지 규명하고자 함.
• 관측된 등급에서 빛의 강도를 더 정확히 추정하기 위해 Ap 항성 전용으로 새로운 볼로메트릭 보정을 유도하고자 함.
• 특히 항성 반경 증가와 관련하여 자기장 진화가 자기장 보존 법칙을 따르는지, 아니면 더 빠른 감쇠를 보이는지 테스트하고자 함.

제안 방법

• 운동학적 및 광도 기반의 소속 기준을 통해 조사된 설문에서 확인된 별단 또는 연성 소속 Ap 항성을 선별함.
• 주로 캐나다-프랑스-하와이 천체망원경에 장착된 ESPaDOnS 분광계를 사용하여 원형 편광 관측을 통해 자기장 강도를 측정함.
• 스펙트럼 에너지 분포와 별단 소속 조건 제약을 통해 항성 파라미터($T_{\mathrm{eff}}$, $L/L_\odot$, $M/M_\odot$)를 결정함.
• 별단 연령 추정치와 진화 모델을 사용하여 절대 연령과 분수 연령(주계열 수명의 비율)을 계산함.
• 관측된 등급에서 빛의 강도를 더 정확히 추정하기 위해 Ap 항성에 특화된 새로운 볼로메트릭 보정을 유도함.
• 고질량 및 저질량 Ap 항성으로 나누어 자기장 강도와 항성 연령 간의 상관관계를 분석함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Ap 항성의 자기장은 주계열 수명 동안 감쇠하는가? 만약 그렇다면 감쇠 속도는 어떠한가?
• RQ2 자기장 감쇠 속도는 항성 질량에 따라 어떻게 달라지며, 특히 $M > 3M_\odot$ 인 항성과 낮은 질량 항성 간에 어떤 차이가 있는가?
• RQ3 항성이 진화하면서 팽창함에 따라 관측된 자기장 감쇠가 자기장 보존 법칙과 일치하는가?
• RQ4 젊은 별단과 오래된 연성 내 Ap 항성 간에 자기장 진화에 유의미한 차이가 있는가?
• RQ5 질량이 낮은 시스템 내 Ap 항성은 $10^8$ 년 이상의 시간 척도에서 자기장 강도 진화의 증거를 보이는가?

주요 결과

• 자기장은 주계열의 시작 시점(ZAMS)부터 주계열의 종료 시점(TAMS)까지 Ap 항성 표면에서 탐지 가능하다.
• 질량이 큰 Ap 항성($M > 3M_\odot$)의 경우, 자기장 강도는 약 $3 \times 10^7$ 년의 시간 척도에서 자기장 보존 법칙과 항성 반경 팽창을 조합한 것과 유사하게 감소하며, 더 빠른 감쇠일 가능성도 있다.
• 수억 년 이상의 시간 척도에서 저질량 Ap 항성에서는 자기장 감소에 대한 설득력 있는 증거가 관측되지 않는다.
• 관측된 자기장 진화는 자기장 감쇠 기작이 질량에 따라 다를 수 있음을 시사하며, 더 질량이 큰 항성에서 더 빠른 감쇠가 일어날 수 있음을 시사한다.
• 이 연구는 별단 내 Ap 항성이 주계열 기간 동안 자기장 진화를 제약하는 강력한 관측 도구임을 확인한다.
• 자기장 진화 경향을 명확히 하고 불확실성을 줄이기 위해 향후 더 높은 신호 대 잡음비(RMS) 자기장 측정이 필요한 관측이 필요하다.