[论文解读] Magnetism in pre-MS intermediate-mass stars and the fossil field hypothesis

E. Alécian, G. A. Wade+12 more|arXiv (Cornell University)|Dec 3, 2007

Astro and Planetary Science被引用 5

一句话总结

本研究通过使用加拿大-法国-夏威夷望远镜上的ESPaDOnS仪器对前主序（PMS）中等质量恒星（即赫比格Ae/Be星）进行高分辨率谱偏振测量，检验了化石磁场假说。研究发现约7%的场赫比格Ae/Be星具有磁场，其偶极场强为1–1.4 kG，并在两个年轻星团（NGC 2244和NGC 6611）中检测到磁场，其中包括W601中一颗快速旋转星（v sin i ~180 km/s）。这些结果强有力地支持了化石磁场假说，表明磁场在PMS演化过程中得以维持，并预测主序阶段的磁场强度与Ap/Bp星观测值一致。

ABSTRACT

Today, one of the greatest challenges concerning the Ap/Bp stars is to understand the origin of their slow rotation and their magnetic fields. The favoured hypothesis for the latter is the fossil field, which implies that the magnetic fields subsist throughout the different evolutionary phases, and in particular during the pre-main sequence phase. The existence of magnetic fields at the pre-main sequence phase is also required to explain the slow rotation of Ap/Bp stars. However, until recently, essentially no information was available about the magnetic properties of intermediate-mass pre-main sequence stars, the so-called Herbig Ae/Be stars. The new high-resolution spectropolarimeter ESPaDOnS, installed in 2005 at the Canada-France-Hawaii telescope, provided the capability necessary to perform surveys of the Herbig Ae/Be stars in order to investigate their magnetism and rotation. These investigations have resulted in the detection and/or confirmation of magnetic fields in 8 Herbig Ae/Be stars, ranging in mass from 2 to nearly 15 solar masses. In this contribution I will present the results of our survey, as well as their implications for the origin and evolution of the magnetic fields and rotation.

研究动机与目标

• 通过在前主序（PMS）中等质量恒星（即Ap/Bp星的前身星）中搜索磁场，检验化石磁场假说。
• 确定赫比格Ae/Be星中的磁场是否足够强且具有组织性，以解释主序阶段Ap/Bp星所观测到的磁场。
• 研究PMS恒星中的磁场是否控制其自转，或自转是否影响磁场的存活。
• 通过观测已知年龄和化学成分的年轻疏散星团，将演化效应与初始条件分离开来。
• 将PMS恒星的磁性和自转特性与主序A/B型星进行比较，以评估磁场的存活情况及角动量演化。

提出的方法

• 利用加拿大-法国-夏威夷望远镜上的ESPaDOnS仪器，对55颗场赫比格Ae/Be星进行了谱偏振测量调查。
• 采用高分辨率谱偏振测量技术，通过Stokes V轮廓中的塞曼效应检测并表征磁场。
• 对磁星进行多晚监测，假设其为偶极场模型，以确定磁场的拓扑结构和强度。
• 利用UCLES和SemelPol分析南天星体的数据，以确认对HD 104237和HD 101412的早期检测结果。
• 将磁场特性与恒星演化模型及赫罗图中的位置进行比较，评估核心对流是否为磁场生成所必需。
• 在NGC 2244、NGC 2264和NGC 6611开展星团调查，研究在年龄和初始条件已知的同龄、同源群体中磁场的演化。

实验结果

研究问题

• RQ1 前主序中等质量恒星（即赫比格Ae/Be星）是否如化石磁场假说所预测的那样，拥有大尺度磁场？
• RQ2 赫比格Ae/Be星中磁星的比例是否与主序阶段观测到的磁性Ap/Bp星的比例一致？
• RQ3 赫比格Ae/Be星中的磁场是否可通过收缩过程中的磁通量守恒，演化为Ap/Bp星中观测到的强而有序的磁场？
• RQ4 PMS恒星中磁场的存在是否与慢速自转相关，还是快速自转星也能保留磁场，表明磁场存活与自转无关？
• RQ5 核心对流是否为磁场生成所必需，还是磁场也能在完全辐射区的恒星中持续存在？

主要发现

• 调查在55颗场赫比格Ae/Be星中检测到4颗磁星，磁星比例约为7%，与化石磁场假说预测的2–10%范围一致。
• 三颗磁星（HD 200775、HD 72106、V380 Ori）表现出偶极磁场，场强在1 kG至1.4 kG之间，位于恒星中心或略微偏移。
• HD 190073在两年内表现出稳定且简单的Stokes V轮廓，与100 G至1 kG的大尺度有序磁场一致，尽管其拓扑结构尚不明确。
• 检测到的赫比格Ae/Be星中的磁场与化石磁场一致，其在主序阶段的投影表面磁场强度范围为400 G至4 kG，与典型Ap/Bp星的磁场强度相符。
• 在两个年轻星团中检测到磁场：NGC 2244（6 Myr，v sin i ~25 km/s）和NGC 6611中的W601（年龄小于1 Myr，v sin i ~180 km/s），表明磁场可在快速自转星中存活。
• 所有八颗磁星均位于赫罗图的完全辐射区，且均未表现出核心对流的迹象，表明核心对流并非磁场生成的必要条件，进一步支持化石磁场起源。