[论文解读] Ap stars with variable periods

Zdeněk Mikulášek, Jiřı́ Krtička+6 more|arXiv (Cornell University)|Oct 24, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用 3

一句话总结

该论文提出，磁约束外层恒星包层与更快旋转的内部核心之间的差速旋转，可解释磁化学异常（mCP）星中周期的可变性。利用长期的光度和光谱数据，研究识别出V901 Ori、CU Vir和BS Cir的周期变化，外层包层通过磁化风制动导致观测到的旋转减速，随后出现加速。其主要贡献在于提出了一种mCP星旋转演化的新型模型，挑战了刚体旋转的假设。

ABSTRACT

The majority of magnetic chemically peculiar (mCP) stars exhibit periodic light, magnetic, radio, and spectroscopic variations that can be adequately modelled as a rigidly-rotating main-sequence star with persistent surface structures. Nevertheless, there is a small sample of diverse mCP stars whose rotation periods vary on timescales of decades while the shapes of their phase curves remain unchanged. Alternating period increases and decreases have been suspected in the hot CP stars CU Vir and V901 Ori, while rotation in the moderately cool star BS Cir has been decelerating. These examples bring new insight into this theoretically unpredicted phenomenon. We discuss possible causes of such behaviour and propose that dynamic interactions between a thin, outer, magnetically-confined envelope braked by the stellar wind, and an inner faster-rotating stellar body are able to explain the observed rotational variability

研究动机与目标

• 调查尽管光曲线形状稳定，少数mCP星中旋转周期可变的原因。
• 通过分析长期周期演化，挑战mCP星中刚体旋转的常规假设。
• 确定通过磁化恒星风损失角动量是否可解释观测到的周期变化。
• 评估由磁化包层制动机制驱动的旋转变化的可探测性。
• 探讨非刚体旋转对上主序星内部结构和演化的影响。

提出的方法

• 对近四十年间V901 Ori的3,500次光度和光谱测量进行分析，以追踪周期演化。
• 使用三次和抛物线拟合来建模旋转周期和零相位时间随时间的变化。
• 对BS Cir的14,488次光度测量（11个数据集和9个滤光片）应用加权最小二乘拟合。
• 使用相位为-0.0014和0.4752的两个光度斑点建模光曲线，以确定稳定的斑点几何结构。
• 计算周期导数 $\dot{P}$ 和自转减速时间 $\tau_{\mathrm{spin}} = P/\dot{P}$，以量化旋转变化。
• 将观测到的 $\ddot{P}$（周期的二阶导数）与恒星演化和风制动的理论预期进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何一些mCP星尽管光曲线形状稳定，仍表现出可变的旋转周期？
• RQ2 磁化恒星风制动能否解释V901 Ori和BS Cir等mCP星中观测到的周期变化？
• RQ3 V901 Ori中观测到的负 $\ddot{P}$ 表明旋转减速后转为加速，其原因是什么？
• RQ4 BS Cir中观测到的周期变化是否与通过磁化风损失角动量一致？与理论预测相比如何？
• RQ5 磁约束外层包层与更快旋转的内部之间的差速旋转，能否解释观测到的旋转可变性？

主要发现

• V901 Ori的旋转周期在37年中增加了18秒，$\overline{\dot{P}} = 1.77(5) \times 10^{-8}$ d⁻¹，$\ddot{P} = -32(4) \times 10^{-13}$ d⁻¹，表明2007 ± 2年左右发生从减速到加速的转变。
• 对于BS Cir，周期以 $\dot{P} = 5.6(4) \times 10^{-9}$ d⁻¹ 的速率增加，对应 $0.181(13)$ s yr⁻¹，自转减速时间 $\tau_{\mathrm{spin}} = 1.05(8)$ Myr。
• V901 Ori中观测到的 $\ddot{P} < 0$ 排除了标准恒星演化或恒定风制动作为唯一驱动力的可能性，表明层间存在动态相互作用。
• CU Vir的周期变化表现出突然增加，表明其行为复杂且非单调，与简单演化模型不一致。
• BS Cir的自转减速时间（1.05 Myr）可被探测到，且显著短于主序星寿命，因此可通过现有数据观测到。
• 缺乏径向速度变化和稳定的光曲线排除了双星光时延迟效应和进动作为周期变化的解释。