[論文レビュー] Large-scale magnetic topologies of late M dwarfs

J. Morin, J.‐F. Donati+4 more|arXiv (Cornell University)|May 30, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 3被引用数 235

ひとこと要約

本研究は、分光偏光法とトモグラフィー画像法を用いて、11個の後期M型矮星（M5–M8）の最初の大規模磁気的トポロジー図を提示する。2つの異なる磁気的状態が明らかになった。1つは中位M型矮星に類似した強い軸対称的双極子場であり、もう1つは弱く複雑な場であり、非軸対称的およびトロイダル成分が顕著である。これは、質量が0.2 M☉未満になるとダイナモのスイッチが発生する可能性を示唆しているが、回転速度や質量は類似している。

ABSTRACT

We present here the final results of the first spectropolarimetric survey of a small sample of active M dwarfs, aimed at providing observational constraints on dynamo action on both sides of the full-convection threshold (spectral type M4). Our two previous studies (Donati et al. 2008b; Morin et al. 2008b) were focused on early and mid M dwarfs. The present paper examines 11 fully convective late M dwarfs (spectral types M5-M8). Tomographic imaging techniques were applied to time-series of circularly polarised profiles of 6 stars, in order to infer their large-scale magnetic topologies. For 3 other stars we could not produce such magnetic maps, because of low variability of the Stokes V signatures, but were able to derive some properties of the magnetic fields. We find 2 distinct categories of magnetic topologies: on the one hand strong axisymmetric dipolar fields (similar to mid M dwarfs), and on the other hand weak fields generally featuring a significant non-axisymmetric component, and sometimes a significant toroidal one. Comparison with unsigned magnetic fluxes demonstrates that the second category of magnetic fields shows less organization (less energy in the large scales), similarly to partly convective early M dwarfs. Stars in both categories have similar stellar parameters, our data do not evidence a separation between these 2 categories in the mass-rotation plane. We also report marginal detection of a large-scale magnetic field on the M8 star VB 10 featuring a significant toroidal axisymmetric component, whereas no field is detectable on VB 8 (M7).

研究の動機と目的

• 完全対流型の後期M型矮星（M5–M8）の大型磁気的トポロジーを分光偏光法を用いて調査すること。
• 完全対流境界を越えてダイナモ過程がどのように異なるか、特に0.2 M☉未満でその差が生じるかを検証すること。
• 後期M型矮星とそれより前のM型矮星との間で、磁場の組織化と磁束分布を比較すること。
• 回転速度や質量といった星のパラメータが磁気的トポロジーに与える影響を評価すること。
• VB 10（M8）やVB 8（M7）を含む超冷却矮星に大規模磁場が存在するかを調査すること。

提案手法

• 時間分解分光偏光観測をカナダ＝フランス＝ハワイ望遠鏡（CFHT）を用いて実施した。
• 円偏光（ストークスV）ラインプロファイルから、トモグラフィー画像法を応用して大規模磁気的トポロジーを再構築した。
• 比較のため、ストークスI（非偏光）およびストークスV（円偏光）プロファイルから磁束密度を導出した。
• ダイナモ状態を評価するためロスビー数（Ro）を計算し、Ro < 0.02 が飽和状態を示すものとした。
• ストークスVとストークスIの磁束比を用いて、大規模磁場の整合性（コherency）を定量化した。
• 弱い信号を検出するために統計的スタッキングと平均化処理を実施した。特にVB 10 やVB 8 のような星に対して有効であった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 完全対流型の後期M型矮星（M5–M8）は、中位M型矮星に類似した大規模磁気的トポロジーを持つのか？
• RQ2 後期M型矮星において磁気的トポロジーの形状に二峰性の分布が存在するか？ そしてそれはダイナモ機構に何を示唆するのか？
• RQ3 完全対流型と部分対流型M型矮星との間で、ストークスVとストークスIの磁束比はどのように変化するか？
• RQ4 VB 10（M8） やVB 8（M7）のような超冷却矮星に大規模磁場を検出できるか？
• RQ5 後期M型矮星に観測された磁気的トポロジーの多様性は、質量・回転速度・ロスビー数といった星のパラメータと相関しているか？

主な発見

• 2つの明確な磁気的トポロジーのカテゴリーが特定された：中位M型矮星に類似した強い軸対称的双極子場、および非軸対称的およびトロイダル成分が顕著な弱く複雑な場。
• 強い双極子場を示す星は、ロスビー数が中位M型矮星と類似しているにもかかわらず、磁束密度がそれらを上回っており、より強力な場の組織化を示している。
• WX UMaのような強い双極子場星では、ストークスVとストークスIの磁束比が約15%であり、大規模磁場の高い整合性を示している。一方、弱い磁場星では約30%であり、組織化が乏しいことを示唆している。
• 弱い磁場星のカテゴリーでは、ロスビー数が中位M型矮星と類似しているにもかかわらず、磁束密度が初期M型矮星と同等またはそれ未満であることが判明し、過飽和状態が原因でないことを否定した。
• M8型矮星VB 10では、大規模なトロイダル軸対称的磁場成分がわずかに検出されたが、M7型のVB 8では検出可能なストークスV信号は得られなかった。
• 2つの磁気的トポロジーカテゴリー間で質量-回転速度平面上に明確な分離は観測されず、磁気的トポロジーが単に回転速度や質量によって決定されているわけではないことを示唆した。