[論文レビュー] Superflare G And K Stars And The Lithium Abundance

Katsova, Maria M., Livshits, Moisey A.+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 31, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 1

ひとこと要約

本研究は、280顆のG型およびK型の星におけるエシェル分光法を用いて、超フレアとリチウムの存在割合の関連を調査した。超フレア星は主に高速回転、若年齢、磁気的に活発な星であり、光球層およびコロナ層での飽和した活動を示すが、一方で一部の古い、ゆっくり回転するG型星は高いリチウム含有量と低い活動度を示しており、これは主系列星に達する前の初期段階の条件がリチウムの進化に影響を与える可能性を示唆している。

ABSTRACT

We analyzed here the connection of superflares and the lithium abundance in G and K stars based on Li abundance determinations conducted with the echelle spectra of a full set of 280 stars obtained with the ELODIE spectrograph. For high-active stars we show a definite correlation between log A(Li) and the chromosphere activity. We show that sets of stars with high Li abundance and having superflares possess common properties. It relates, firstly, to stars with activity saturation. We consider the X-ray data for G, K, and M stars separately, and show that transition from a saturation mode to solar-type activity takes place at values of rotation periods 1.1, 3.3, and 7.2 days for G2, K4 and M3 spectral types, respectively. We discuss bimodal distribution of a number of G and K main-sequence stars versus an axial rotation and location of superflare stars with respect to other Kepler stars. We conclude that superflare G and K stars are mainly fast rotating young objects, but some of them belong to stars with solar-type activity. At the same time, we found a group of G stars with high Li content (log A(Li) = 1.5 – 3), but being slower rotators with rotation periods > 10 days, which are characterized by low chromospheric activity. This agrees with a large spread in Li abundances in superflare stars. A mechanism leading to this effect is discussed.

研究の動機と目的

• G型およびK型星における超フレアとリチウム含有量の関連を調査すること。
• 超フレア星が、光球層、コロナ層、およびコロナ層の各層で飽和した活動を示すかどうかを特定すること。
• 活発星における回転周期と明るさの変動振幅の二峰性分布の原因を説明すること。
• ゆっくり回転し、活動度が低いG型星の一部に高いリチウム含有量が見られる理由を理解すること。
• 主系列星に達する前の段階での進化が、太陽型星における初期リチウム含有量に与える影響を評価すること。

提案手法

• 280顆のG型およびK型星のエシェル分光法によるスペクトルを分析し、リチウム含有量（log A(Li)）を決定した。
• ケプラーの短周期観測データを用いて、回転調制の振幅（ARM）を計算し、 spots の表面被覆率の代理指標とした。
• ARM およびコロナ層活動指標を、回転周期およびX線活動（RX = log(LX/Lbol)）と相関させた。
• RX と回転周期の傾向に基づき、活動が飽和している星と太陽型活動を示す星に分類した。
• Reiners ら（2014）の手法を改変し、G2型、K4型、M3型星における、飽和活動から太陽型活動への遷移周期を導出した。
• コロナ層活動および回転周期と相関させたリチウム含有量の分布を検討し、外れ値を特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超フレア星において、リチウム含有量とコロナ層活動の間に相関があるか？
• RQ2 G型、K型、M型星は、どの回転周期で、飽和したコロナ層活動から太陽型活動に移行するか？
• RQ3 なぜ一部のゆっくり回転するG型星は、低いコロナ層活動にもかかわらず高いリチウム含有量を示すのか？
• RQ4 主系列星に達する前の段階での進化が、主系列星におけるリチウム含有量にどのように影響を与えるか？
• RQ5 回転周期および明るさの変動振幅の二峰性分布は、星の活動に関する物理的差異をどの程度反映しているか？

主な発見

• 高活動度のG型およびK型星において、コロナ層活動とリチウム含有量（log A(Li)）の間に明確な相関が存在する。
• 飽和活動から太陽型活動への移行は、それぞれG2型で1.1日、K4型で3.3日、M3型で7.2日という回転周期で発生する。
• 超フレア星の多くは0.5〜7日という回転周期の間で、ピークは約5日であり、これは主に高速回転、若年齢、活動が飽和している星であることを示している。
• 回転周期が10日を超えるゆっくり回転する星の中には、log A(Li) = 1.5〜3.0 の明確なグループが存在し、これは高リチウム含有量であるにもかかわらず、高齢の特徴を示している。
• 高リチウム含有量で活動度が低いG型星の存在は、主系列星に達する前の初期段階の条件が、リチウム含有量の進化に重要な役割を果たす可能性を示唆している。
• 超フレア星におけるリチウム含有量の広い分散は、特に数千万年程度の年齢の星において、主系列星に達する初期段階でのリチウム含有量が顕著に異なる可能性があるというシナリオと整合的である。