[论文解读] The magnetic fields of intermediate-mass T Tauri stars : I. Magnetic detections and fundamental stellar parameters

F. Villebrun, E. Alécian+14 more|arXiv (Cornell University)|Oct 30, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用 25

一句话总结

本研究对中等质量T Tauri星（IMTTS）进行了首次大规模磁场调查，在38个目标中约50%检测到磁场。当对流包层质量分数降至约25%恒星半径或2%恒星质量以下时，磁场出现频率急剧下降，支持通过原行星际前主序阶段的发电机弛豫实现化石磁场形成的假说。

ABSTRACT

Context. The origin of the fossil magnetic fields detected in 5 to 10% of intermediate-mass main sequence stars is still highly debated. Aims. We want to bring observational constraints to a large population of intermediate-mass pre-main sequence (PMS) stars in order to test the theory that convective-dynamo fields generated during the PMS phases of stellar evolution can occasionally relax into fossil fields on the main sequence. Methods. Using distance estimations, photometric measurements, and spectropolarimetric data from HARPSpol and ESPaDOnS of 38 intermediate-mass PMS stars, we determined fundamental stellar parameters (Teff, L and v sin i) and measured surface magnetic field characteristics (including detection limits for non-detections, and longitudinal fields and basic topologies for positive detections). Using PMS evolutionary models, we determined the mass, radius, and internal structure of these stars. We compared different PMS models to check that our determinations were not model-dependant. We then compared the magnetic characteristics of our sample accounting for their stellar parameters and internal structures. Results. We detect magnetic fields in about half of our sample. About 90% of the magnetic stars have outer convective envelopes larger than ~25% of the stellar radii, and heavier than ~2% of the stellar mass. Going to higher mass, we find that the magnetic incidence in intermediate-mass stars drops very quickly, within a time-scale of the order of few times 0.1 Myr. Finally, we propose that intermediate-mass T Tauri stars with large convective envelopes, close to the fully convective limit, have complex fields and that their dipole component strengths may decrease as the sizes of their convective envelopes decrease, similar to lower-mass T Tauri stars.

研究动机与目标

• 通过测量中等质量T Tauri星（IMTTS）的磁场，检验化石磁场假说，IMTTS是Herbig Ae/Be星的前身星。
• 确定原行星际前主序阶段由发电机机制产生的磁场是否能在主序阶段弛豫为化石磁场。
• 研究磁场特性与恒星质量、对流包层大小及演化阶段的关系。
• 评估吸积状态（cTTS与wTTS）是否与IMTTS的磁场拓扑结构或强度相关。
• 约束对流包层在低于临界阈值后，发电机磁场耗散并转化为化石磁场的时间尺度。

提出的方法

• 利用HARPSpol和ESPaDOnS仪器获取高分辨率光谱偏振数据，测量纵向磁场（Bℓ）并检测塞曼谱线分裂特征。
• 结合光度测量与距离估计，结合恒星演化模型（如Siess et al. 2000；D'Antona & Mazzitelli 1994），推导基本参数：有效温度（Teff）、光度（L）、v sin i、质量与半径。
• 使用原行星际演化模型确定内部结构，包括对流包层的大小与质量，并按对流分数（如>25%恒星半径）对恒星进行分类。
• 分析塞曼谱线形状，推断磁场拓扑结构（如偶极场与复杂高阶场），并与低质量T Tauri星（LMTTS）进行比较。
• 根据文献中的吸积指标，将恒星分类为经典型（cTTS）或弱线型（wTTS），以检验吸积与磁场之间的关联性。
• 通过Gaia DR2视差与VALD数据库交叉验证结果，确保对模型依赖性的稳健性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在大而具有代表性的中等质量T Tauri星样本中，可探测到的磁场出现频率如何？
• RQ2 IMTTS中磁场的存在性与拓扑结构是否与对流包层的大小和质量相关？
• RQ3 IMTTS中磁场强度或拓扑结构是否依赖于其吸积状态（cTTS与wTTS）？
• RQ4 在原行星际前主序演化过程中，磁场出现频率在何时显著下降？这对应于化石磁场弛豫时间尺度的何种推断？
• RQ5 随着对流包层缩小，是否观察到偶极分量逐渐减弱的证据，类似于在低质量T Tauri星中所见？

主要发现

• 在38颗中等质量T Tauri星中，19颗（约50%）检测到磁场。
• 对流包层质量分数超过约25%恒星半径（或>2%恒星质量）的恒星表现出高磁场出现频率，而当对流质量分数低于2%时，该频率下降至约10%。
• 在对流包层质量分数低于2%的临界阈值后，磁场出现频率在数×0.1 Myr的时间尺度内急剧下降，表明发电机磁场耗散迅速。
• 对流包层占恒星半径40–99%的恒星，其磁场为复杂、高阶结构，与低质量T Tauri星中观测到的磁场特征相似。
• 随着对流包层缩小，磁场的低阶偶极分量有所减弱，与低质量T Tauri星中的趋势一致。
• 未发现磁场强度、拓扑结构或纵向磁场（Bℓ）与恒星吸积状态（cTTS或wTTS）之间存在显著相关性。