[论文解读] CARMENES input catalog of M dwarfs: VI. A time-resolved Ca II H&K catalog from archival data

V. Perdelwitz, M. Mittag+16 more|arXiv (Cornell University)|Aug 20, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 76被引用 32

一句话总结

本研究基于档案光谱数据，为186颗M型矮星构建了时间分辨的R′HK星表，利用PHOENIX合成光谱提取了跨七台仪器的一致日冕活动水平。该方法实现了对磁活动的长期监测，初步发现了三颗M型矮星的新活动周期。

ABSTRACT

Context. Radial-velocity (RV) jitter caused by stellar magnetic activity is an important factor in state-of-the-art exoplanet discovery surveys such as CARMENES. Stellar rotation, along with heterogeneities in the photosphere and chromosphere caused by activity, can result in false-positive planet detections. Hence, it is necessary to determine the stellar rotation period and compare it to any putative planetary RV signature. Long-term measurements of activity indicators such as the chromospheric emission in the Ca II H&K lines (RHK′) enable the identification of magnetic activity cycles. Aims. In order to determine stellar rotation periods and study the long-term behavior of magnetic activity of the CARMENES guaranteed time observations (GTO) sample, it is advantageous to extract RHK′ time series from archival data, since the CARMENES spectrograph does not cover the blue range of the stellar spectrum containing the Ca II H&K lines. Methods. We have assembled a catalog of 11 634 archival spectra of 186 M dwarfs acquired by seven different instruments covering the Ca II H&K regime: ESPaDOnS, FEROS, HARPS, HIRES, NARVAL, TIGRE, and UVES. The relative chromospheric flux in these lines, RHK′, was directly extracted from the spectra by rectification with PHOENIX synthetic spectra via narrow passbands around the Ca II H&K line cores. Results. The combination of archival spectra from various instruments results in time series for 186 stars from the CARMENES GTO sample. As an example of the use of the catalog, we report the tentative discovery of three previously unknown activity cycles of M dwarfs. Conclusions. We conclude that the method of extracting with the use of model spectra yields consistent results for different instruments and that the compilation of this catalog will enable the analysis of long-term activity time series for a large number of M dwarfs. © ESO 2021.

研究动机与目标

• 确定CARMENES GTO样本中M型矮星的恒星自转周期，并研究其长期磁活动行为。
• 克服CARMENES光谱仪未覆盖蓝端（Ca ii H&K线所在波段）的局限性。
• 从多台仪器的档案光谱中提取一致的时间序列R′HK测量值。
• 实现对恒星活动周期的识别，并提升径向速度巡天中对假阳性系外行星的抑制能力。

提出的方法

• 从186颗M型矮星的11,634组档案光谱中提取R′HK值，覆盖七台仪器：ESPADONS、FEROS、HARPS、HIRES、NARVAL、TIGRE和UVES。
• 在Ca ii H&K线核心附近应用窄带通带，测量相对日冕辐射通量。
• 使用PHOENIX合成光谱进行光谱校正与归一化，以确保不同仪器间的一致性。
• 通过多项式扰动测试验证方法对径向速度位移和仪器效应的稳定性。
• 将结果与经典S指数及先前研究进行比较，评估准确性与系统性偏差。
• 证明该方法在光谱覆盖范围差异下，仍能获得跨仪器一致的R′HK值。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否从多台仪器的档案光谱中，为M型矮星提取一致的时间序列R′HK？
• RQ2 M型矮星的长期磁活动行为如何，特别是其活动周期特性如何？
• RQ3 基于模型的R′HK提取方法与经典S指数相比，在准确性和稳定性方面表现如何？
• RQ4 能否利用此时间分辨星表识别出此前未知的活动周期？
• RQ5 仪器波动在多大程度上影响R′HK测量值？是否可被有效抑制？

主要发现

• 利用PHOENIX合成光谱进行R′HK提取的方法，在光谱覆盖范围与分辨率各异的七台仪器间均获得一致结果。
• 本星表为CARMENES GTO样本中的186颗M型矮星提供了时间序列R′HK测量值，支持长期活动监测。
• 基于所获时间序列，初步识别出三颗M型矮星存在此前未知的恒星活动周期。
• 发现先前基于S指数的R′HK值存在系统性偏差，原因在于PHOENIX模型在蓝端波长低估了通量，尤其影响低活动水平恒星。
• 基于模型的方法比经典S指数方法对仪器波动更具鲁棒性。
• 本星表持续更新，为未来M型矮星自转周期与活动周期研究提供了基础。