[论文解读] Photometric Variability in Kepler Target Stars. III. Comparison with the Sun on Different Timescales

Gibor Basri, Lucianne M. Walkowicz+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 30, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 18被引用 60

一句话总结

本研究利用优化的开普勒光 light curves 和噪声模型，比较了开普勒系外太阳型恒星在30分钟至3个月时间尺度上的光度变异性，与太阳进行对比。结果证实，太阳在超过半天的时间尺度上可作为典型恒星变异性代表，约25–33%的太阳型恒星比太阳更活跃，且活动性随温度降低而增加，尤其在M型矮星中表现显著。

ABSTRACT

We utilize Kepler data to study the precision differential photometric variability of solar-type and cooler stars at different timescales, ranging from half an hour to 3 months. We define a diagnostic that characterizes the median differential intensity change between data bins of a given timescale. We apply the same diagnostics to SOHO data that has been rendered comparable to Kepler. The Sun exhibits similar photometric variability on all timescales as comparable solar-type stars in the Kepler field (it is not unusually quiet). The previously-defined photometric "range" serves as our activity proxy (driven by starspot coverage). We revisit the fraction of comparable stars in the Kepler field that are more active than the Sun. The exact active fraction depends on what is meant by "more active than the Sun", and on the magnitude limit of the sample of stars considered. This active fraction is between a quarter and a third (depending on the timescale). We argue that a reliable result requires timescales of half a day or longer and stars brighter than Kepler magnitude of 14, otherwise non-stellar noise distorts it. We also analyze main sequence stars grouped by temperature from 6500-3500K. As one moves to cooler stars, the active fraction of stars becomes steadily larger (greater than 90% for early M dwarfs). The Sun is a good photometric model at all timescales for those cooler stars that have long-term variability within the span of solar variability.

研究动机与目标

• 确定太阳是否在开普勒观测的太阳型恒星中，代表了典型的光度变异性。
• 量化在不同时间尺度和恒星温度下，比太阳更活跃的开普勒恒星所占比例。
• 开发一个稳健的噪声模型，以将内在恒星变异性与仪器和观测噪声分离。
• 评估在较暗恒星中，活动性诊断指标的可靠性，此时非恒星噪声占主导。
• 研究变异性趋势在主序星上的变化，特别是对较冷恒星的影响。

提出的方法

• 使用经过PDC-MAP流程处理的开普勒第9季度光 light curves，以最小化仪器系统误差。
• 应用三参数噪声模型，定义变异性下限，以区分内在恒星信号与噪声。
• 定义两种诊断指标：R_var（长期时间尺度上差分亮度的变化范围）和MDV(t_bin)（在时间块尺度上的中位差分亮度变化）。
• 将这些指标与SOHO太阳数据进行比较，使太阳数据与开普勒的光度精度可比。
• 通过太阳周期的随机相位抽样，评估开普勒恒星何时超过太阳的变异性水平。
• 采用星等和温度分箱（每500K一个区间），分析不同恒星类型中的变异性趋势。

实验结果

研究问题

• RQ1 在不同时间尺度上，太阳在开普勒星场的太阳型恒星中是否具有典型的光度变异性？
• RQ2 开普勒中有多比例的太阳型恒星表现出比太阳更强的光度变异性？这一比例如何随时间尺度和恒星星等变化？
• RQ3 恒星的光度变异性如何随有效温度变化，特别是对较冷恒星的影响如何？
• RQ4 开普勒恒星中观测到的变异性在多大程度上源于恒星内在活动，而非仪器或观测噪声？
• RQ5 太阳能否作为具有对流包层恒星在光度变异性方面的可靠模型？

主要发现

• 在超过半天的时间尺度上，太阳的光度变异性水平与开普勒星场中大多数太阳型恒星一致。
• 约25–33%的较亮太阳型恒星（M_Kep < 14）比太阳更活跃，具体比例取决于时间尺度和‘更活跃’的定义。
• 在12小时以下的时间尺度上，活跃比例主要受噪声影响，导致对较暗恒星的可靠比较不可行。
• 随着恒星温度降低，活跃比例持续上升，在M型矮星中超过90%。
• 太阳是所有时间尺度（超过30分钟）中具有对流包层恒星光度变异性的一个良好模型，尤其在以R_var归一化时表现更佳。
• 在较冷样本（T_eff < 4500K）中，内在变星表现出高MDV值的集中趋势，表明存在一类高度变异性恒星。