[論文レビュー] Magnetic activity in the photosphere of CoRoT-Exo-2a. Active longitudes and short-term spot cycle in a young Sun-like star

A. F. Lanza, I. Pagano+19 more|ArXiv.org|Nov 4, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 43被引用数 115

ひとこと要約

本研究では、CoRoT-Exo-2a（若い太陽型星）の磁気活動を高精度な CoRoT 光度観測を用いてモデル化し、2つの活性帯域が存在し、 spotted 面積に 28.9 日周期の変動を示すことが明らかになった。最大エントロピー正則化を用いたスポットとフレアのモデル化を組み合わせた解析により、弱い微分回転（約 0.7%）が同定され、惑星の公軌道周期とほぼ 10:1 の共鳴にあることから、磁気的星-惑星相互作用の可能性が示唆された。

ABSTRACT

The space experiment CoRoT has recently detected transits by a hot Jupiter across the disc of an active G7V star (CoRoT-Exo-2a) that can be considered as a good proxy for the Sun at an age of approximately 0.5 Gyr. We present a spot modelling of the optical variability of the star during 142 days of uninterrupted observations performed by CoRoT with unprecedented photometric precision. We apply spot modelling approaches previously tested in the case of the Sun by modelling total solar irradiance variations. To model the light curve of CoRoT-Exo-2a, we take into account both the photometric effects of cool spots as well as those of solar-like faculae, adopting solar analogy. Two active longitudes initially on opposite hemispheres are found on the photosphere of CoRoT-Exo-2a with a rotation period of 4.522 $\pm$ 0.024 days. Their separation changes by approximately 80 degrees during the time span of the observations. From this variation, a relative amplitude of the surface differential rotation lower than about 1 percent is estimated. Individual spots form within the active longitudes and show an angular velocity about 1 percent smaller than that of the longitude pattern. The total spotted area shows a cyclic oscillation with a period of 28.9 $\pm$ 4.3 days, which is close to 10 times the synodic period of the planet as seen by the rotating active longitudes. The implications of such results for the internal rotation of CoRoT-Exo-2a are discussed on the basis of solar analogy. A possible magnetic star-planet interaction is suggested by the cyclic variation of the spotted area. Alternatively, the 28.9-d cycle may be related to Rossby-type waves propagating in the subphotospheric layers of the star.

研究の動機と目的

• CoRoT 衛星ミッションから得られた高精度光度観測を用いて、CoRoT-Exo-2a の表面磁気不均一性をマッピングすること。
• 142 日間の観測期間における活性帯域の性質とその進化を調査すること。
• 太陽類似モデル技術を用いて微分回転とスポットダイナミクスを定量化すること。
• 太陽類似フレアが光学的フラックス変動に与える寄与と、スポットモデル化への影響を評価すること。
• スポット面積の周期的モodulationを通じて、磁気的星-惑星相互作用の可能性を検討すること。

提案手法

• 最大エントロピー正則化を用いたスポットモデリングを適用し、CoRoT 光曲線から表面輝度不均一性を再構築した。
• 太陽類似アプローチを用いて、冷たいスポットと太陽類似フレアの両方をモデル化し、光度フラックス変動を説明した。
• 4.522 ± 0.024 日の回転周期を用いて光曲線を位相合わせ、活性帯域の挙動を分離した。
• 時間経過に伴う活性帯域間の角度差を追跡し、表面微分回転を推定した。
• 全スポット面積の変動をフィットして周期的モダレーションを特定し、惑星の合成周期と比較した。
• フレア面積比（Q）がスポットの経度および微分回転推定値に与える影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CoRoT-Exo-2a の活性領域の経度的分布と142日間の期間における進化は何か？
• RQ2 CoRoT-Exo-2a の表面微分回転の振幅は何か？また、太陽と比べてどう異なるか？
• RQ3 太陽類似フレアは観測された光学的フラックス変動にどの程度寄与しているか？
• RQ4 28.9 日周期のスポット面積変動は、熱いジュピター CoRoT-Exo-2b の公軌道周期に関連しているか？
• RQ5 観測されたスポットダイナミクスは、対流層下部の角速度勾配または磁気的星-惑星相互作用によって説明可能か？

主な発見

• 反対側の半球に位置する2つの活性帯域が特定され、4.522 ± 0.024 日の周期で回転していた。
• 観測期間中に活性帯域間の分離角が約80°変化したため、弱い微分回転が示唆された。
• 表面微分回転の相対的振幅は約0.7%と推定され、太陽のそれよりも顕著に低い値であった。
• 個々のスポットは活性帯域パターンよりも約1%遅く回転しており、対流層下部の層で半径方向の角速度勾配がある可能性を示唆した。
• 全スポット面積は28.9 ± 4.3 日周期のサイクル的変動を示し、惑星の合成周期のおよそ10倍に近かった。
• フレア寄与は現在の太陽ほど顕著ではなく、最良適合のQ ≈ 1.5が得られた。