[论文解读] Superflare G And K Stars And The Lithium Abundance

Katsova, Maria M., Livshits, Moisey A.+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 31, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 1

一句话总结

本研究利用280颗G型和K型恒星的阶梯光谱，调查了超级耀斑与锂丰度之间的关联。研究发现，超级耀斑恒星主要为快速自转、年轻且磁活动强烈的恒星，其色球层和日冕活动均达到饱和状态；但同时也识别出一组较老、自转缓慢的G型恒星，其锂丰度较高而活动水平较低，表明恒星在主序前阶段的初始条件可能主导了锂元素的演化过程。

ABSTRACT

We analyzed here the connection of superflares and the lithium abundance in G and K stars based on Li abundance determinations conducted with the echelle spectra of a full set of 280 stars obtained with the ELODIE spectrograph. For high-active stars we show a definite correlation between log A(Li) and the chromosphere activity. We show that sets of stars with high Li abundance and having superflares possess common properties. It relates, firstly, to stars with activity saturation. We consider the X-ray data for G, K, and M stars separately, and show that transition from a saturation mode to solar-type activity takes place at values of rotation periods 1.1, 3.3, and 7.2 days for G2, K4 and M3 spectral types, respectively. We discuss bimodal distribution of a number of G and K main-sequence stars versus an axial rotation and location of superflare stars with respect to other Kepler stars. We conclude that superflare G and K stars are mainly fast rotating young objects, but some of them belong to stars with solar-type activity. At the same time, we found a group of G stars with high Li content (log A(Li) = 1.5 – 3), but being slower rotators with rotation periods > 10 days, which are characterized by low chromospheric activity. This agrees with a large spread in Li abundances in superflare stars. A mechanism leading to this effect is discussed.

研究动机与目标

• 调查G型和K型恒星中超级耀斑与锂丰度之间的关联。
• 确定超级耀斑恒星是否在色球层、日冕层和光球层均表现出饱和活动。
• 解释活跃恒星中自转周期与亮度调制幅度呈现双峰分布的原因。
• 理解部分缓慢自转、低活动水平的G型恒星中高锂丰度的起源。
• 评估主序前演化在设定类太阳恒星初始锂丰度中的作用。

提出的方法

• 利用ELODIE光谱仪获取的阶梯光谱分析280颗G型和K型恒星，测定锂丰度（log A(Li)）。
• 利用开普勒望远镜短时序光曲线测量自转调制幅度（ARM），作为黑子覆盖度的代理指标。
• 将ARM与色球层活动指数关联至自转周期及X射线活动指数（RX = log(LX/Lbol)）。
• 根据RX与自转周期的趋势，将恒星划分为饱和活动与类太阳活动两类。
• 采用Reiners等（2014）方法的改进版本，推导G2、K4和M3型恒星从饱和活动过渡至类太阳活动的临界周期。
• 分析锂丰度与色球层活动及自转周期的分布关系，以识别异常值。

实验结果

研究问题

• RQ1 超级耀斑恒星中，锂丰度与色球层活动之间是否存在相关性？
• RQ2 G型、K型和M型恒星在何种自转周期下由饱和活动过渡至类太阳活动的日冕活动？
• RQ3 为何部分缓慢自转的G型恒星尽管色球层活动水平低，却表现出高锂丰度？
• RQ4 主序前演化在多大程度上影响主序星中观测到的锂丰度？
• RQ5 自转周期与亮度调制幅度的双峰分布在多大程度上反映了恒星活动的内在物理差异？

主要发现

• 在高活动水平的G型和K型恒星中，色球层活动与锂丰度（log A(Li)）之间存在明确相关性。
• 从饱和活动过渡至类太阳活动的日冕活动的临界周期分别为：G2型恒星1.1天，K4型恒星3.3天，M3型恒星7.2天。
• 大多数超级耀斑恒星的自转周期介于0.5至7天之间，峰值出现在约5天，表明其主要为快速自转、年轻且活动饱和的恒星。
• 在自转周期较长（P > 10天）且色球层活动水平低的慢速自转G型恒星中，存在一个显著的群体，其log A(Li) = 1.5–3.0，表明其尽管具有老年恒星的特征，却仍具有高锂含量。
• 锂丰度高但活动水平低的G型恒星的存在，提示主序前阶段的初始条件可能在决定锂丰度演化中起关键作用。
• 超级耀斑恒星中锂丰度的显著分散，与主序阶段初始锂丰度存在显著差异的场景一致，尤其在年龄为数千万年的恒星中更为明显。