[论文解读] Magnetic activity in the photosphere of CoRoT-Exo-2a. Active longitudes and short-term spot cycle in a young Sun-like star

A. F. Lanza, I. Pagano+19 more|ArXiv.org|Nov 4, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 43被引用 115

一句话总结

本研究利用高精度CoRoT光度观测数据对一颗年轻类太阳恒星CoRoT-Exo-2a的磁活动进行建模，揭示了两个活跃经度区域，并发现黑子覆盖面积存在28.9天的周期性变化。该分析结合了最大熵正则化方法对黑子和亮斑进行建模，发现较差自转较弱（约0.7%），并提示由于该周期与行星轨道周期接近10:1共振，可能存在磁星-行星相互作用。

ABSTRACT

The space experiment CoRoT has recently detected transits by a hot Jupiter across the disc of an active G7V star (CoRoT-Exo-2a) that can be considered as a good proxy for the Sun at an age of approximately 0.5 Gyr. We present a spot modelling of the optical variability of the star during 142 days of uninterrupted observations performed by CoRoT with unprecedented photometric precision. We apply spot modelling approaches previously tested in the case of the Sun by modelling total solar irradiance variations. To model the light curve of CoRoT-Exo-2a, we take into account both the photometric effects of cool spots as well as those of solar-like faculae, adopting solar analogy. Two active longitudes initially on opposite hemispheres are found on the photosphere of CoRoT-Exo-2a with a rotation period of 4.522 $\pm$ 0.024 days. Their separation changes by approximately 80 degrees during the time span of the observations. From this variation, a relative amplitude of the surface differential rotation lower than about 1 percent is estimated. Individual spots form within the active longitudes and show an angular velocity about 1 percent smaller than that of the longitude pattern. The total spotted area shows a cyclic oscillation with a period of 28.9 $\pm$ 4.3 days, which is close to 10 times the synodic period of the planet as seen by the rotating active longitudes. The implications of such results for the internal rotation of CoRoT-Exo-2a are discussed on the basis of solar analogy. A possible magnetic star-planet interaction is suggested by the cyclic variation of the spotted area. Alternatively, the 28.9-d cycle may be related to Rossby-type waves propagating in the subphotospheric layers of the star.

研究动机与目标

• 利用CoRoT空间任务获得的高精度光度数据，对CoRoT-Exo-2a表面磁性非均匀性进行测绘。
• 研究活跃经度的性质及其在142天观测窗口内的演化特征。
• 使用类太阳恒星建模技术，量化较差自转与黑子动力学。
• 评估类太阳亮斑对光学通量变化的贡献及其对黑子建模的影响。
• 通过黑子覆盖面积的周期性调制，探讨磁星-行星相互作用的可能性。

提出的方法

• 应用最大熵正则化黑子建模方法，从CoRoT光 light curves 重建表面亮度非均匀性。
• 采用类太阳恒星类比方法，对冷却黑子和类太阳亮斑进行建模，以解释光度通量变化。
• 使用4.522 ± 0.024天的自转周期对光曲线进行折叠，以分离出活跃经度行为。
• 通过跟踪活跃经度之间的角距离随时间的变化，推断表面较差自转。
• 对总黑子覆盖面积的变化进行拟合，以识别周期性调制，并与行星的会合周期进行比较。
• 评估亮斑面积比（Q）对黑子经度和较差自转估计的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在142天的时间间隔内，CoRoT-Exo-2a上的活跃区域在经度上的分布及其演化特征如何？
• RQ2 CoRoT-Exo-2a表面较差自转的振幅是多少？与太阳相比如何？
• RQ3 类太阳亮斑在观测到的光学通量变化中贡献了多少？
• RQ4 黑子覆盖面积的28.9天周期是否与热木星CoRoT-Exo-2b的轨道周期相关？
• RQ5 观测到的黑子动力学是否可由对流层下部的角速度梯度或磁星-行星相互作用来解释？

主要发现

• 识别出位于相对两极的两个活跃经度区域，其自转周期为4.522 ± 0.024天。
• 在观测期间，两个活跃经度之间的分离角变化约80°，表明较差自转较弱。
• 表面较差自转的相对振幅估计为~0.7%，显著低于太阳的水平。
• 单个黑子的自转速度比活跃经度图案慢约1%，表明对流层下部存在径向角速度梯度。
• 总黑子覆盖面积表现出周期为28.9 ± 4.3天的周期性变化，接近行星会合周期的10倍。
• 亮斑对通量变化的贡献显著小于现今太阳，最佳拟合Q ≈ 1.5。