[论文解读] Chromospheric activity and rotation of FGK stars in the solar vicinity. An estimation of the radial velocity jitter

R. Martínez-Arnáiz, J. Maldonado+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 23, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 60被引用 3

一句话总结

本研究利用高分辨率阶梯光栅光谱法，对371颗邻近的FGK型恒星进行了高精度的日冕活动与旋转速度测量。通过建立活动指标之间的经验通量-通量关系，并应用基于R′HK的抖动模型，作者估算了由活动引起的径向速度抖动，为类太阳恒星径向速度巡天中的系外行星探测提供了关键的噪声底限估计。

ABSTRACT

Context: Chromospheric activity produces both photometric and spectroscopic variations that can be mistaken as planets. Large spots crossing the stellar disc can produce planet-like periodic variations in the light curve of a star. These spots clearly affect the spectral line profiles and their perturbations alter the line centroids creating a radial velocity jitter that might contaminate" the variations induced by a planet. Precise chromospheric activity measurements are needed to estimate the activity-induced noise that should be expected for a given star. Aims: We obtain precise chromospheric activity measurements and projected rotational velocities for nearby (d < 25 pc) cool (spectral types F to K) stars, to estimate their expected activity-related jitter. As a complementary objective, we attempt to obtain relationships between fluxes in different activity indicator lines, that permit a transformation of traditional activity indicators, i.e, CaII H & K lines, to others that hold noteworthy advantages. Methods: We used high resolution (~50000) echelle optical spectra. To determine the chromospheric emission of the stars in the sample, we used the spectral subtraction technique. Rotational velocities were determined using the cross-correlation technique. To infer activity-related radial velocity (RV) jitter, we used empirical relationships between this jitter and the R'_HK index. Results: We measured chromospheric activity, as given by different indicators throughout the optical spectra, and projected rotational velocities for 371 nearby cool stars. We have built empirical relationships among the most important chromospheric emission lines. Finally, we used the measured chromospheric activity to estimate the expected RV jitter for the active stars in the sample.

研究动机与目标

• 测量距离太阳25秒差距内的371颗邻近FGK型恒星的日冕活动与投影旋转速度（v sin i）。
• 推导不同日冕发射线之间通量-通量的经验关系，以实现光学波段内活动指标的交叉校准。
• 基于已测量的日冕活动R′HK值，利用经验的R′HK–抖动关系估算由活动引起的径向速度抖动。
• 通过量化恒星活动作为径向速度巡天中径向速度噪声的来源，支持系外行星探测。
• 通过区分行星信号与活动引起的变异性，提高系外行星探测的可靠性。

提出的方法

• 使用位于卡拉斯托的2.2米望远镜和拉帕尔马的国家伽利略望远镜，获取高分辨率（R ~ 50,000）阶梯光栅光谱。
• 使用IRAF阶梯光谱包进行标准数据还原，生成经过校准且连续谱归一化的光谱。
• 应用光谱相减法以分离日冕发射线，并在相减后的光谱中测量等效宽度。
• 利用等效宽度与通量之间的经验关系，将测得的等效宽度转换为活动指标的绝对通量。
• 通过与合成恒星模板互相关的方法，推导投影旋转速度。
• 基于先前的观测校准，利用R′HK与抖动振幅之间的经验关系估算径向速度抖动。

实验结果

研究问题

• RQ1 在邻近FGK型恒星样本中，通过多种光学发射线测量的日冕活动水平如何？
• RQ2 不同日冕发射线（如Ca ii H&K、Hα、Hβ）的通量在光学波段内如何相关？
• RQ3 基于其测得的R′HK值，这些恒星的活动引起的径向速度抖动预期有多大？
• RQ4 能否建立经验通量-通量关系，以将传统活动指标（如Ca ii H&K）转换为更具优势的指标（如Hα）？
• RQ5 日冕活动在多大程度上限制了通过径向速度法探测低质量系外行星？

主要发现

• 本研究为距离太阳25秒差距内的371颗FGK型恒星提供了精确的日冕活动测量与v sin i值，构建了一个均一且高精度的数据集。
• 建立了主要日冕发射线之间的经验通量-通量关系，实现了光学波段内活动指标的交叉校准。
• 利用基于R′HK的经验关系，估算了样本中活跃恒星的活动引起的径向速度抖动，其峰峰值振幅可达数百米每秒，具体取决于黑子覆盖度与自转速度。
• 结果证实，恒星活动（尤其是大而持久的黑子）是径向速度噪声的主要来源，限制了低质量行星的探测。
• 样本中R′HK值的范围从-5.39到-3.66，覆盖了系外行星巡天中相关的广泛活动水平。
• 本研究为径向速度巡天提供了关键的噪声底限估计，有助于更准确地区分行星信号与活动引起的变异性。