[论文解读] Long-term, Multiwavelength Light Curves of Ultra-cool Dwarfs: I. An Interplay of Starspots & Clouds Likely Drive the Variability of the L3.5 dwarf 2MASS 0036+18

Bryce Croll, Philip S. Muirhead+6 more|arXiv (Cornell University)|Sep 12, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 4

一句话总结

本研究通过长期多波段光度观测，揭示了L3.5型棕矮星2MASS 0036+18的自转周期为3.080 ± 0.001小时。光学与近红外波段之间未观测到显著的相位偏移，且长波长处变幅减小，表明变异性主要由星 spots（可能比1700 K光球层温度高或低约100 K）驱动，尽管厚云层可能同时存在，暗示星 spots 与云层结构之间存在复杂相互作用，共同塑造其光变曲线。

ABSTRACT

We present multi-telescope, ground-based, multiwavelength optical and near-infrared photometry of the variable L3.5 ultra-cool dwarf 2MASSW J0036159+182110. We present 22 nights of photometry of 2MASSW J0036159+182110, including 7 nights of simultaneous, multiwavelength photometry, spread over ~120 days allowing us to determine the rotation period of this ultra-cool dwarf to be 3.080 +/- 0.001 hr. Our many nights of multiwavelength photometry allow us to observe the evolution, or more specifically the lack thereof, of the light curve over a great many rotation periods. The lack of discernible phase shifts in our multiwavelength photometry, and that the amplitude of variability generally decreases as one moves to longer wavelengths for 2MASSW J0036159+182110, is generally consistent with starspots driving the variability on this ultra-cool dwarf, with starspots that are ~100 degrees K hotter or cooler than the ~1700 K photosphere. Also, reasonably thick clouds are required to fit the spectra of 2MASSW J0036159+182110, suggesting there likely exists some complex interplay between the starspots driving the variability of this ultra-cool dwarf and the clouds that appear to envelope this ultra-cool dwarf.

研究动机与目标

• 研究L3.5型棕矮星2MASS 0036+18光度变异性背后的物理成因。
• 确定在早期L型矮星中，星 spots 或云层不均匀性是否为变异性主导驱动因素。
• 通过多个自转周期的长期光变曲线稳定性分析，区分瞬态云特征与持久星 spots。
• 利用光谱拟合约束2MASS 0036+18的大气特性，特别是云层消光系数与温度结构。
• 通过高时间分辨率光度监测评估该系统中是否存在行星凌星或耀斑的可能性。

提出的方法

• 利用多台望远镜在光学与近红外波段开展22个夜晚的地基光度观测。
• 在7个夜晚进行同步多波段光度观测，以实现不同波段间变异性相位的直接比较。
• 基于约120天基线观测数据，通过相位折叠法测量自转周期。
• 通过拟合观测到的谱能分布，约束云层厚度与大气温度结构。
• 分析多波段光变曲线中的相位偏移与振幅变化，以区分星 spots 与云层驱动的变异性。
• 利用Hα探测数据（Pineda et al., 2016）支持磁活动存在，与星 spots 一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 驱动L3.5型棕矮星2MASS 0036+18光度变异性主导物理机制是星 spots 还是不均匀云层？
• RQ2 2MASS 0036+18的多波段光变曲线是否表现出显著相位偏移？这对其大气不均匀性垂直结构有何启示？
• RQ3 2MASS 0036+18的光变曲线在多个自转周期内是否稳定？该稳定性是否支持星 spots 而非瞬态云特征？
• RQ4 观测到的变幅及其波长依赖性在多大程度上支持温度对比约100 K的星 spots 模型？
• RQ5 从光谱拟合推断出的厚云层是否存在，能否与多波段间无显著相位偏移的现象相容？

主要发现

• 基于120天的光度监测，2MASS 0036+18的自转周期测定为3.080 ± 0.001小时。
• 光学与近红外光变曲线之间未检测到显著相位偏移，表明变异性来源可能在多个大气压强水平上保持相干。
• 光度变异性振幅随波长增加而减小，该特征与比1700 K光球层温度高或低约100 K的星 spots 一致。
• 光谱拟合表明，2MASS 0036+18的大气被相当厚的云层包裹，暗示云层与星 spots 之间存在复杂相互作用。
• 在多个自转周期内光变曲线无显著演化，表明主导变异性机制稳定，与持久星 spots 或均匀分布的云层特征一致。
• 缺乏显著相位偏移，且存在Hα发射线（Pineda et al., 2016），支持星 spots 为变异性主要驱动因素的假设，尽管云层可能起次要作用。