[论文解读] Chromosphere of K giant stars Geometrical extent and spatial structure detection

P. Bério, T. Merle+20 more|arXiv (Cornell University)|Sep 26, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 32被引用 11

一句话总结

本研究利用CHARA/VEGA阵列的干涉观测，测量了七颗非双星K型巨星色球层的几何尺度与空间结构。研究发现，色球层延伸范围为恒星半径的16%至47%，其中四颗恒星检测到不对称性，并通过非局部热动平衡（NLTE）建模确认，Ca II谱线在不同大气深度形成，特别是849 nm谱线形成位置比其他谱线更深。

ABSTRACT

We aim to constrain the geometrical extent of the chromosphere of non-binary K giant stars and detect any spatial structures in the chromosphere. We performed observations with the CHARA interferometer and the VEGA beam combiner at optical wavelengths. We observed seven non-binary K giant stars. We measured the ratio of the radii of the photosphere to the chromosphere using the interferometric measurements in the Halpha and the Ca II infrared triplet line cores. For beta Ceti, spectro-interferometric observations are compared to an non-local thermal equilibrium (NLTE) semi-empirical model atmosphere including a chromosphere. The NLTE computations provide line intensities and contribution functions that indicate the relative locations where the line cores are formed and can constrain the size of the limb-darkened disk of the stars with chromospheres. We measured the angular diameter of seven K giant stars and deduced their fundamental parameters: effective temperatures, radii, luminosities, and masses. We determined the geometrical extent of the chromosphere for four giant stars. The chromosphere extents obtained range between 16% to 47% of the stellar radius. The NLTE computations confirm that the Ca II/849 nm line core is deeper in the chromosphere of ? Cet than either of the Ca II/854 nm and Ca II/866 nm line cores. We present a modified version of a semi-empirical model atmosphere derived by fitting the Ca II triplet line cores of this star. In four of our targets, we also detect the signature of a differential signal showing the presence of asymmetries in the chromospheres. Conclusions. It is the first time that geometrical extents and structure in the chromospheres of non-binary K giant stars are determined by interferometry. These observations provide strong constrains on stellar atmosphere models.

研究动机与目标

• 利用干涉测量约束非双星K型巨星色球层的几何尺度。
• 通过干涉观测探测这些恒星色球层结构的空间非均匀性或不对称性。
• 利用非局部热动平衡（NLTE）半经验建模确定色球层谱线（Hα和Ca II三重线）的形成高度。
• 从干涉测量的恒星直径数据中推导基本恒星参数（Teff、半径、光度、质量）。
• 通过拟合观测到的谱线轮廓和贡献函数，改进色球层模型大气。

提出的方法

• 在可见光波段，利用CHARA阵列和VEGA光束组合仪进行高角分辨率光学干涉测量。
• 通过分析Hα和Ca II红外三重线中的可见度，测量光球层（连续谱）半径与色球层（谱线核心）半径的比值。
• 应用非局部热动平衡（NLTE）计算，模拟谱线强度和贡献函数，确定谱线核心在大气中的形成位置。
• 针对β Cet星，采用改进的半经验模型大气，调整色球层温度平台和微湍流速度，以匹配观测到的谱线核心。
• 将模型生成的合成谱线轮廓与高分辨率光谱数据进行比较，以验证模型并推断色球层结构。
• 利用(u,v)平面覆盖和可见度测量，探测色球层辐射中的不对称性，表明存在非均匀的空间结构。

实验结果

研究问题

• RQ1 非双星K型巨星的色球层物理尺度是多少，以恒星半径的分数表示？
• RQ2 K型巨星的色球层是否表现出可通过干涉观测探测到的空间不对称性或非均匀性？
• RQ3 Ca II红外三重线谱线核心在大气中的形成深度为何？它们之间有何差异？
• RQ4 色球层的非局部热动平衡（NLTE）模型如何影响对谱线核心形成和可见度测量的解释？
• RQ5 干涉测量与光谱建模相结合，能否提高色球层模型大气的准确性？

主要发现

• 四颗K型巨星（β Cet、η Cet、δ Crt 和 ρ Boo）的色球层延伸范围为恒星半径的16%至47%。
• 非局部热动平衡（NLTE）贡献函数证实，Ca II /849 nm谱线核心的形成位置显著深于Ca II /854 nm和 /866 nm谱线核心。
• 针对β Cet星，采用更低的色球层温度平台（4,500 K，而非5,500 K）和更高的微湍流速度的改进半经验模型，能更准确地再现观测到的谱线核心。
• 干涉测量结果显示四颗恒星存在异常的条纹相位，表明其色球层存在空间不对称性。
• 由干涉测量直径推导的有效温度与K型巨星的文献T_eff标度律高度一致。
• β Cet星Ca II三重线核心的边缘暗化律与太阳相似，支持其在色球层建模中的适用性。