[논문 리뷰] CARMENES input catalog of M dwarfs: VI. A time-resolved Ca II H&K catalog from archival data

V. Perdelwitz, M. Mittag외 16명|arXiv (Cornell University)|2021. 08. 20.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 76인용 수 32

한 줄 요약

이 연구는 186개의 M형 항성에 대해 기록된 분광 데이터에서 시간 해상도가 높은 R′HK 목록을 제시하며, PHOENIX 합성 스펙트럼을 사용하여 일곱 대의 기구에서 일관된 코로나 활성도 수준을 추출한다. 이 방법은 자기적 활성도의 장기 모니터링을 가능하게 하여 M형 항성에서 세 개의 새로운 항성 활성 주기를 일시적으로 발견하게 되었다.

ABSTRACT

Context. Radial-velocity (RV) jitter caused by stellar magnetic activity is an important factor in state-of-the-art exoplanet discovery surveys such as CARMENES. Stellar rotation, along with heterogeneities in the photosphere and chromosphere caused by activity, can result in false-positive planet detections. Hence, it is necessary to determine the stellar rotation period and compare it to any putative planetary RV signature. Long-term measurements of activity indicators such as the chromospheric emission in the Ca II H&K lines (RHK′) enable the identification of magnetic activity cycles. Aims. In order to determine stellar rotation periods and study the long-term behavior of magnetic activity of the CARMENES guaranteed time observations (GTO) sample, it is advantageous to extract RHK′ time series from archival data, since the CARMENES spectrograph does not cover the blue range of the stellar spectrum containing the Ca II H&K lines. Methods. We have assembled a catalog of 11 634 archival spectra of 186 M dwarfs acquired by seven different instruments covering the Ca II H&K regime: ESPaDOnS, FEROS, HARPS, HIRES, NARVAL, TIGRE, and UVES. The relative chromospheric flux in these lines, RHK′, was directly extracted from the spectra by rectification with PHOENIX synthetic spectra via narrow passbands around the Ca II H&K line cores. Results. The combination of archival spectra from various instruments results in time series for 186 stars from the CARMENES GTO sample. As an example of the use of the catalog, we report the tentative discovery of three previously unknown activity cycles of M dwarfs. Conclusions. We conclude that the method of extracting with the use of model spectra yields consistent results for different instruments and that the compilation of this catalog will enable the analysis of long-term activity time series for a large number of M dwarfs. © ESO 2021.

연구 동기 및 목표

• CARMENES GTO M형 항성에서 항성 자전 주기를 결정하고 장기적인 자기적 활성도 행동을 연구한다.
• CARMENES 분광계가 Ca ii H&K 선이 위치한 청색 범위를 커버하지 못하는 한계를 극복한다.
• 여러 기구 간에 일관된 시간 시리즈 R′HK 측정치를 기록된 스펙트럼에서 생성한다.
• 항성 활성 주기의 식별과 반사 속도 조사에서 위성 행성 오류 탐지의 개선을 가능하게 한다.

제안 방법

• 186개의 M형 항성에 대한 11,634개의 기록된 스펙트럼에서 일곱 대의 기구(ESPADONS, FEROS, HARPS, HIRES, NARVAL, TIGRE, UVES)를 사용하여 R′HK 값을 추출하였다.
• Ca ii H&K 선 핵을 중심으로 좁은 대역통과 필터를 적용하여 상대적인 코로나 활성도 복사율을 측정하였다.
• 스펙트럼 정규화 및 일관성 확보를 위해 PHOENIX 합성 스펙트럼을 사용하여 스펙트럼 교정을 수행하였다.
• 다항식 편향 테스트를 통해 반사 속도 이동 및 기구적 영향에 대한 방법의 안정성을 검증하였다.
• 정확도 및 체계적 오프셋 평가를 위해 결과를 고전적 S 인덱스 및 이전 연구와 비교하였다.
• 스펙트럼 커버리지의 차이가 있음에도 불구하고, 이 방법이 기구 간에 일관된 R′HK 값을 산출함을 입증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 여러 기구 간에 기록된 스펙트럼에서 M형 항성에 대해 일관된 시간 시리즈 R′HK를 추출할 수 있는가?
• RQ2 특히 활성 주기 측면에서 M형 항성의 장기적 자기적 활성도 행동은 어떠한가?
• RQ3 모델 기반 R′HK 추출 방법은 고전적 S 인덱스에 비해 정확도 및 안정성 측면에서 어떻게 비교되는가?
• RQ4 이 시간 해상도가 높은 목록을 통해 이전에 알려지지 않은 활성 주기를 식별할 수 있는가?
• RQ5 기구적 변동성이 R′HK 측정치에 어떤 영향을 미치며, 이를 어떻게 완화할 수 있는가?

주요 결과

• PHOENIX 합성 스펙트럼을 사용한 R′HK 추출 방법은 스펙트럼 커버리지 및 해상도의 차이가 있음에도 불구하고 일곱 대의 기구에서 일관된 결과를 산출한다.
• 이 목록은 CARMENES GTO 샘플의 186개의 M형 항성에 대해 시간 시리즈 R′HK 측정치를 제공하며, 장기적인 활성도 모니터링을 가능하게 한다.
• 유도된 시간 시리즈를 사용하여 M형 항성에서 이전에 알려지지 않은 세 개의 항성 활성 주기를 일시적으로 식별하였다.
• 이전의 S 인덱스 기반 R′HK 값에는 청색 파장에서 PHOENIX 모델에서 복사율을 과소 평가함으로써 체계적 오프셋이 존재함을 발견하였으며, 특히 저활성 항성에 영향을 미쳤다.
• 모델 기반 접근법은 고전적 S 인덱스 방법보다 기구적 변동성에 더 강건하다.
• 이 목록은 지속적으로 업데이트되며, 향후 M형 항성의 자전 주기 및 활성 주기 연구의 기초 자료로 기능한다.