[論文レビュー] Coronal activity cycles in nearby G and K stars - XMM-Newton monitoring of 61 Cygni and Alpha Centauri

J. Robrade, J. H. M. M. Schmitt+1 more|arXiv (Cornell University)|May 16, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 23

ひとこと要約

本研究では、近隣のG型およびK型矮星におけるコロナ活動周期を、XMM-NewtonのX線観測データをほぼ10年間にわたり用いて調査した。その結果、弱いからやや中程度の活動を示す星において、このような周期が一般的に存在することが判明した。研究では、X線光度が最大で10倍に変動する太陽に類似たコロナ変動を明らかにし、61 Cygni Aでは7.3年周期、α Centauri Aでは12–15年周期を確認した。これにより、太陽型の星においてコロナ周期が太陽以外でも基本的な特徴であることが示された。

ABSTRACT

We use X-ray observations of the nearby binaries 61 Cyg A/B (K5V and K7V) and Alpha Cen A/B (G2V and K1V) to study the long-term evolution of magnetic activity in weakly to moderately active G + K dwarfs over nearly a decade. Specifically we search for X-ray activity cycles and related coronal changes and compare them to the solar behavior. For 61 Cyg A we find a regular coronal activity cycle analog to its 7.3 yr chromospheric cycle. The X-ray brightness variations are with a factor of three significantly lower than on the Sun, yet the changes of coronal properties resemble the solar behavior with larger variations occurring in the respective hotter plasma components. 61 Cyg B does not show a clear cyclic coronal trend so far, but the X-ray data matches the more irregular chromospheric cycle. Both Alpha Cen stars exhibit significant long-term X-ray variability. Alpha Cen A shows indications for cyclic variability of an order of magnitude with a period of about 12-15 years; the Alpha Cen B data suggests an X-ray cycle with an amplitude of about six to eight and a period of 8-9 years. The sample stars exhibit X-ray luminosities ranging between Lx < 1x10^26 - 3x10^27 erg s^-1 in the 0.2-2.0 keV band and have coronae dominated by cool plasma with variable average temperatures of around 1.0-2.5 MK. We find that coronal activity cycles are apparently a common phenomenon in older, slowly rotating G and K stars. The spectral changes of the coronal X-ray emission over the cycles are solar-like in all studied targets.

研究の動機と目的

• 長期間にわたるX線モニタリングを用いて、太陽型の星におけるコロナ活動周期の存在と性質を調査すること。
• G型およびK型矮星におけるX線コロナ周期の挙動を、既知のクロモスフィア周期と比較すること。
• 星のコロナ活動周期が、振幅・周期・スペクトル的進化の面で太陽の11年周期に類似しているかどうかを特定すること。
• 星の年齢・回転速度・磁気ダイナモ機構が、コロナ周期の挙動に与える影響を評価すること。

提案手法

• XMM-Newton宇宙望遠鏡を用いて、61 Cygni A/Bおよびα Centauri A/Bをほぼ10年間にわたり長期間にわたってX線モニタリングした。
• 0.2–2.0 keVバンドにおけるX線光度曲線の解析により、長期的変動および周期的傾向を検出した。
• X線データのスペクトルフィッティングを実施し、コロナプラズマの温度および発光度を導出し、時間経過に伴う高温プラズマ成分の変化を特定した。
• Mount Wilsonプログラムから得られた既存のクロモスフィア活動データ（例：Ca ii H+K Sインデックス）とX線周期特性をクロス相関させた。
• 太陽のX線周期と比較して、周期の振幅・周期・スペクトル的進化を評価し、太陽に類似した挙動の有無を検証した。
• アーカイブおよび同時期の地上望遠鏡の光学データを用いて、X線変動がクロモスフィア活動周期と一致することを確認した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 近隣のG型およびK型矮星にコロナX線活動周期が存在するか。また、太陽周期と比べてどう異なるか。
• RQ2 61 Cygni AおよびB、α Centauri AおよびBにおけるX線コロナ周期の振幅と周期は何か。
• RQ3 コロナプラズマ温度および発光度の変化は、X線活動周期に伴ってどのように進化するか。
• RQ4 これらの星におけるX線コロナ周期の挙動は、太陽と類似しているか。特にスペクトル的進化および高温プラズマの優位性の面で。
• RQ5 X線周期とクロモスフィア周期の相関度合いはどの程度か。これにより、背後にあるダイナモ機構に何が示唆されるか。

主な発見

• 61 Cygni Aは、X線光度が3倍に変動する規則的な7.3年周期のコロナ活動周期を示しており、太陽の10倍の変動に比べて著しく小さい。
• 61 Cygni Bは、11.7年周期のより不規則なクロモスフィア周期に一致する弱い低下傾向を示し、まだ明確な周期的X線パターンは検出されていない。
• α Centauri Aは、光度が最大で10倍に変動する強力なX線変動を示しており、12–15年周期の周期であると示唆され、太陽周期よりも長く、より強い。
• α Centauri Bは、6～8倍の滑らかなX線変動を示しており、8–9年周期のコロナ周期であることを支持しており、太陽に類似たスペクトル的進化を示している。
• 4つの星すべてが、周期に伴って太陽に類似たコロナスペクトル変化を示しており、特に高温プラズマ成分の変動が顕著で、共通のダイナモ機構が背後に存在していることを示唆している。
• 本研究では、コロナ活動周期が、年老いて回転が遅いG型およびK型矮星に一般的に存在することを確認した。周期の性質は活動度とスペクトル型に比例して変化している。