[论文解读] Multiwavelength observations of a giant flare on CN Leonis I. The chromosphere as seen in the optical spectra

B. Fuhrmeister, C. Liefke+2 more|GoeScholar The Publication Server of the Georg-August-Universität Göttingen (Georg-August-Universität Göttingen)|Jul 13, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 35被引用 42

一句话总结

本研究利用VLT/UVES和XMM-Newton对M5.5型矮星CN Leonis上的一次巨大耀斑进行了多波段观测，分析了光学光谱中的色球层响应。共识别出1,143条发射线（其中154条位于红端），在耀斑爆发初期观测到蓝翼不对称性，衰减阶段则出现红翼不对称性，解释为色球层耀斑拱起并回落的物质运动，耀斑爆发初期连续谱温度超过20,000 K。

ABSTRACT

Flares on dM stars contain plasmas at very different temperatures and thus affect a wide wavelength range in the electromagnetic spectrum. While the coronal properties of flares are studied best in X-rays, the chromosphere of the star is observed best in the optical and ultraviolet ranges. Therefore, multiwavelength observations are essential to study flare properties throughout the atmosphere of a star. We analysed simultaneous observations with UVES/VLT and XMM-Newton of the active M5.5 dwarf CN Leo (Gl 406) exhibiting a major flare. The optical data cover the wavelength range from 3000 to 10000 Angstrom. From our optical data, we find an enormous wealth of chromospheric emission lines occurring throughout the spectrum. We identify a total of 1143 emission lines, out of which 154 are located in the red arm, increasing the number of observed emission lines in this red wavelength range by about a factor of 10. Here we present an emission line list and a spectral atlas. We also find line asymmetries for H I, He I, and Ca II lines. For the last, this is the first observation of asymmetries due to a stellar flare. During the flare onset, there is additional flux found in the blue wing, while in the decay phase, additional flux is found in the red wing. We interpret both features as caused by mass motions. In addition to the lines, the flare manifests itself in the enhancement of the continuum throughout the whole spectrum, inverting the normal slope for the net flare spectrum.

研究动机与目标

• 利用同时获取的光学与X射线观测数据，研究CN Leonis上巨大恒星耀斑期间的色球层响应。
• 识别并编目光学光谱中的色球层发射线，特别是红波段范围内的发射线。
• 分析谱线轮廓不对称性，并根据其随时间的演化，解释恒星大气中物质运动的特征。
• 表征耀斑期间连续谱的增强特性，并确定其热力学性质。
• 为未来恒星色球层耀斑的半经验建模提供高分辨率光学数据。

提出的方法

• 在CN Leonis发生巨大耀斑期间，利用VLT/UVES获取了覆盖3000–10,000 Å波段的同步光学光谱。
• 结合XMM-Newton的X射线数据，分析不同波段间耀斑活动的相关性。
• 通过光谱拟合与谱线轮廓分析识别发射线，包括对宽尾衰减部分使用洛伦兹轮廓拟合。
• 通过比较耀斑各阶段谱线蓝翼与红翼的流量差异，量化谱线不对称性。
• 采用黑体辐射拟合耀斑连续谱，估算耀斑爆发初期与衰减阶段的温度。
• 利用时间光变曲线分析，将光学耀斑峰值与光谱特征相关联，并识别出多个耀斑核区。

实验结果

研究问题

• RQ1 在CN Leonis的巨大耀斑期间，哪些色球层发射线被激发？其强度与轮廓如何演化？
• RQ2 H i、He i和Ca ii谱线的谱线轮廓不对称性在耀斑爆发初期与衰减阶段如何变化？这些变化揭示了何种物质运动特征？
• RQ3 耀斑期间的光学连续谱与宁静状态相比偏离程度如何？其光谱形状对发射等离子体的性质有何暗示？
• RQ4 光谱变异性是否表明存在多个耀斑核区，共同引发色球层的物质下落？
• RQ5 该光学耀斑的时间常数与光变曲线形态，与同类恒星的X射线及紫外耀斑相比有何异同？

主要发现

• 共在光学光谱中识别出1,143条发射线，其中154条位于红端，使该波段已观测发射线数量增加约10倍。
• 在H i、He i和Ca ii谱线中，耀斑爆发初期观测到蓝翼过量流量，表明存在蓝移发射，与向上运动的等离子体一致。
• 在衰减阶段检测到红翼过量流量，表明色球层中存在向下运动的凝聚物。
• 耀斑爆发初期的连续谱呈现类黑体谱特征，有效温度超过20,000 K，随后迅速冷却。
• Ca ii三重线的衰减速度慢于巴尔末线和He i线，与恒星耀斑中Ca ii H和K线的典型行为一致。
• 光谱中不同区域表现出可变的不对称性，表明存在多个耀斑核区，各自激发了独特的色球层下落流。