[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 3

一句话总结

本研究对L3.5型棕矮星2MASS 0036+18进行了120天的多波段光度观测，测得其自转周期为3.080 ± 0.001小时，光曲线演化微弱。光学与近红外波段之间未观测到显著的相位偏移，且长波段的变幅减小，表明星 spots（可能比1700 K光球层温度高或低约100 K）是变异性主要驱动因素，尽管厚密、多层云的复杂相互作用也可能存在。

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

• 表征L3.5型棕矮星2MASS 0036+18在多个波段上的长期光度变异性。
• 确定变异性主导来源是星斑、云层光学厚度变化还是极光活动。
• 评估光曲线在超过100个自转周期内的稳定性与演化特性。
• 约束云层的存在及其在调制大气温度对比中的作用。

提出的方法

• 利用多台望远镜在光学与近红外波段进行了22个夜晚的地面光度观测。
• 在7个夜晚进行了同步多波段观测，以实现光曲线相位的直接比较。
• 通过光曲线折叠与相位分析，在约120天内测量自转周期。
• 通过拟合谱能谱分布以推断云层特性与大气温度结构。
• 分析变幅随波长的变化趋势，以区分星斑驱动与云层驱动模型。
• 通过光度监测评估耀斑频率，并排除系外行星凌星的可能性。

实验结果

研究问题

• RQ1 L3.5型棕矮星2MASS 0036+18的光度变异性主要由何种物理机制驱动？
• RQ2 多波段光曲线是否表现出显著的相位偏移？这对其不均匀性本质意味着什么？
• RQ3 光曲线的变幅与形态在多个自转周期内如何演化？
• RQ4 云层与星斑在塑造观测到的变异性方面，其共存与相互作用程度如何？
• RQ5 变异性是否可由单一机制解释，还是需要星斑与多层云的共同作用？

主要发现

• 在120天的监测中，2MASS 0036+18的自转周期被精确测定为3.080 ± 0.001小时。
• 多波段光曲线之间未观测到显著相位偏移，支持星斑或多层次云层的存在，而非单层云层光学厚度变化。
• 变异性幅度随波长增加而减小，与比1700 K光球层温度高或低约100 K的星斑一致。
• 谱拟合表明，该棕矮星被显著且相对厚重的云层包裹，暗示其与表面不均匀性之间存在复杂相互作用。
• 光曲线在自转周期间表现出极小的演化，与L/T过渡阶段矮星中观察到的快速变异性演化形成鲜明对比。
• 光学/近红外耀斑的缺失以及无凌星行星的存在，排除了这些机制作为变异性来源的可能性。