[论文解读] ALMA's view of the Sun's nearest neighbours: The submm/mm SEDs of the alpha Centauri binary and a new source

R. Liseau, V. De la Luz+4 more|arXiv (Cornell University)|Aug 8, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用 7

一句话总结

本研究利用ALMA在亚毫米波与毫米波波段观测了α Centauri双星系统，揭示了与修正的太阳色球层模型一致的色球层辐射。关键发现是，两颗恒星的色球层大气中均存在深层温度极小值，其中α Cen B的温度极小值比α Cen A更冷且位于更低的高度，表明太阳型恒星中存在与太阳类似的非辐射加热机制。

ABSTRACT

The precise mechanisms that provide the non-radiative energy for heating the chromosphere and the corona of the Sun and other stars are at the focus of intense contemporary research. Observations at submm/mm wavelengths are particularly useful to obtain information about the run of the temperature in the upper atmosphere of Sun-like stars. We used ALMA to study the chromospheric emission of the aCen binary system in all six available frequency bands during Cycle2 in 2014/15. Since ALMA is an interferometer, the multi-telescope array is particularly suited for the observation of point sources. With its large collecting area, the sensitivity is high enough to allow the observation of nearby main-sequence stars at submm/mm wavelengths for the first time. The comparison of the observed spectral energy distributions with theoretical model computations provides the chromospheric structure in terms of temperature and density above the stellar photosphere and the quantitative understanding of the primary emission processes. Both stars were detected and resolved at all ALMA frequencies. For both aCenA and B, the existence and location of the temperature minima, firstly detected from space with Herschel, are well reproduced by the theoretical models of this paper. For aCenB, the temperature minimum is deeper than for A and occurs at a lower height in the atmosphere, but for both stars, Tmin/Teff is consistently lower than what is derived from optical and UV data. The submm/mm emission of the aCen stars is indeed very well reproduced by modified chromospheric models of the Quiet Sun. This most likely means that the non-radiative heating mechanisms of the upper atmosphere that are at work in the Sun are operating also in other solar-type stars.

研究动机与目标

• 利用亚毫米波与毫米波连续谱辐射，研究α Centauri双星系统的色球层温度与密度结构。
• 确定太阳中观测到的非辐射加热机制是否也存在于α Cen A与B等类太阳恒星中。
• 通过六档ALMA波段的谱能分布（SED）分析，推断大气物理条件。
• 研究2015年观测中在Band 8波段（405 GHz）检测到的意外第三点源的性质。
• 评估该源是否与遥远的海王星外天体或背景源一致，鉴于其仅单次观测。

提出的方法

• 2014–2015年间，ALMA在六档频段（Band 3至Band 9）进行观测，覆盖3.1 mm至0.44 mm的波长范围。
• 对数据进行主波束响应校正，并校准为mJy单位的通量密度，信噪比已知。
• 基于通量测量构建谱能分布（SED），并用修正的太阳色球层模型拟合，以推断大气温度与密度结构。
• 模型考虑了非局部热动平衡（non-LTE）效应，并包含温度极小层，参数经调整以匹配观测SED。
• 对Band 8中检测到的第三源进行通量密度与SED形状分析，采用黑体拟合估算其距离与尺寸。
• 通过与源位置附近15′内的已知小行星比对，评估该源为已知太阳系天体的可能性。

实验结果

研究问题

• RQ1 α Centauri A与B的亚毫米波与毫米波SED是否与平静太阳色球层的理论模型相符？
• RQ2 α Cen A与B的色球层物理结构如何，特别是温度极小值的位置与深度？
• RQ3 α Cen的色球层辐射是否与太阳中观测到的非辐射加热机制一致？
• RQ4 2015年仅单次观测到的405 GHz（740 μm）处未被探测到的点源的性质是什么？
• RQ5 该未识别源是否可能为遥远的海王星外天体？其通量密度对距离与尺寸有何约束？

主要发现

• α Cen A与B在所有ALMA波段均被解析，通量密度范围为97.5 GHz处的3.37 ± 0.012 mJy至679 GHz处的107.2 ± 1.50 mJy。
• 两颗恒星的SED在高频段呈现ν²依赖关系，低频段出现展平，可能源于光学薄的自由-自由辐射或变异性。
• α Cen B的温度极小值比α Cen A更深，且位于更低的大气高度（560 km vs. 615 km），其T_min/T_eff低于由光学与紫外数据推导的值。
• 观测到的亚毫米波辐射可被修正的太阳色球层模型良好拟合，表明太阳中非辐射加热机制很可能在这些类太阳恒星中也起作用。
• 仅在2015年5月2日的Band 8（405 GHz，740 μm）中检测到第三点源，通量密度为4.24 ± 0.49 mJy，其与黑体谱在3σ水平一致。
• 该源不太可能是行星天体或位置附近15′内的已知太阳系天体，表明其可能为距离更远、反照率较低的海王星外天体，轨道距离超过冥王星轨道。