[论文解读] Doppler imaging of stellar surface structure - XXIV. The lithium-rich single K-giants DP Canum Venaticorum and DI Piscium

Zs. Kővári, H. Korhonen+4 more|Repository of the Academy's Library (Library of the Hungarian Academy of Sciences)|Jan 3, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 37被引用 15

一句话总结

本研究首次对锂富集的K型巨星DP Canum Venaticorum和DI Piscium进行了多普勒成像，揭示了低纬度黑子区域，其温度对比度达600–800 K，并发现了反太阳型较差自转的证据（α ≈ −0.035）。研究结果支持这两颗恒星为经历首次对流混合后的巨星，正处于磁活动增强阶段，表明其表面黑子结构与异常高的锂丰度存在关联。

ABSTRACT

We present the first Doppler imaging study of the two rapidly rotating, single K-giants DP CVn and DI Psc in order to study the surface spot configuration and to pinpoint their stellar evolutionary status. Optical spectroscopy and photometry are used to determine the fundamental astrophysical properties. Doppler imaging is applied to recover the surface temperature distribution for both stars, while photometric light-curve inversions are carried out for studying the long-term changes of the surface activity of DP CVn. Surface differential rotation of DP CVn is estimated from cross-correlating the available subsequent Doppler reconstructions separated by roughly one rotation period. Both stars appear to have higher than normal lithium abundance, LTE log n of 2.28 (DP CVn) and 2.20 (DI Psc), and are supposed to be located at the end of the first Li dredge-up on the RGB. Photometric observations reveal rotational modulation with a period of 14.010 d (DP CVn) and 18.066 d (DI Psc). Doppler reconstructions from the available mapping lines well agree in the revealed spot patterns, recovering rather low latitude spots for both stars with temperature contrasts of Delta T ~ 600-800 K below the unspotted photospheric background. Spots at higher latitudes are also found but either with less contrast (DP CVn) or with smaller extent (DI Psc). A preliminary antisolar-type differential rotation with alpha=-0.035 is found for DP CVn from cross-correlating the subsequent Doppler images. Long-term photometric analysis supports the existence of active longitudes, as well as the differential rotation.

研究动机与目标

• 研究两颗快速旋转、锂富集的单颗K型巨星DP Canum Venaticorum和DI Piscium的表面黑子分布配置。
• 通过分析其表面温度分布与活动模式，确定这些恒星的演化状态。
• 探讨磁性表面活动与演化K型巨星中异常高锂丰度之间的关联。
• 利用多普勒成像重建结果，在多个自转周期内评估较差自转的存在与性质。
• 通过长期光变曲线观测，寻找活跃经度与黑子分布变化的证据。

提出的方法

• 利用光学光谱与光度观测，推导恒星基本参数，包括投影自转速度与有效温度。
• 应用多普勒成像技术，基于时序光谱数据重建表面温度分布图，采用反演方法恢复黑子分布模式。
• 对光变曲线进行反演，以研究多个观测季节中表面活动与黑子分布的长期变化。
• 通过连续多普勒重建结果的互相关分析，估算表面较差自转，其中α为较差自转系数。
• 对光变曲线进行傅里叶分析，以确定不同观测历元的自转周期，并评估周期的可变性。
• 分析中结合了周期图法（如Lomb法）与时间序列分析工具（TSPA），以提高周期测定的准确性。

实验结果

研究问题

• RQ1 锂富集的K型巨星DP CVn和DI Psc的表面黑子结构为何种形态？与典型巨星相比有何不同？
• RQ2 这些快速旋转的K型巨星的较差自转性质如何？其模式是太阳型还是反太阳型？
• RQ3 长期光变观测如何反映恒星表面活跃区与黑子分布的变化？
• RQ4 能否将这些恒星中异常高的锂丰度与观测到的表面磁活动及黑子结构联系起来？
• RQ5 在首次锂对流混合的背景下，这些恒星的演化状态如何？其在赫罗图中的位置有何意义？

主要发现

• DP CVn和DI Psc均表现出增强的锂丰度，其LTE对数丰度log n(Li)分别为2.28和2.20，表明它们为首次对流混合后的巨星。
• 多普勒成像显示，黑子主要集中在低纬度区域，其温度对比度ΔT ≈ 600–800 K，低于光球背景温度。
• 通过连续多普勒重建结果的互相关分析，推断DP CVn存在反太阳型较差自转，其系数α ≈ −0.035。
• 光度分析显示，DP CVn的自转周期为14.010 d，DI Psc为18.066 d，且存在黑子向低纬度迁移的长期趋势。
• 光变数据的傅里叶分析得到周期为13.862 ± 0.035 d（前半段）与14.012 ± 0.028 d（后半段），支持最小剪切系数α ≈ −0.01，与反太阳型较差自转一致。
• 未见主导极区黑子，且2002.26年观测中呈现半球黑子集中现象，表明表面可能处于磁饱和、各向同性分布状态，可能与高锂丰度有关。