せいめいUM 2021 8/11 (Wed) 11:20-11:35 (15 = 12+3 min)

M型星YZ CMi/EV Lacのフレアの連続測光・分光観測~質量噴出現象の調査~
行方宏介/Kosuke Namekata(Kyoto Univ. ⇒ NAOJ/ALMA Project, JSPS fellow)
S. Okamoto (Kyoto Univ. ⇒卒業), H. Maehara (NAOJ), Y. Notsu, (CUBoulder), S. Honda (Univ. of Hyogo), K. Namizaki, K. Ikuta, D. Nogami,
K. Shibata (Kyoto Univ.), and OISTER team collaboraLons© NASA

M型星の磁気活動性
M型星 (= M-type main sequence stars)•••••

Background (1)M型星周りの惑星探査が盛ん
⼀⽅で、ハビタブル惑星は主星に近く、主星の磁気活動に多⼤な影響を受けうる⇒M型星の活動性は惑星業界からの注⽬度が⾼い

Teﬀ = ~3800K (M0) ‒ ~ 2300K (M9)Luminosity = (0.2 ‒ 5x10-4) L⨀
Radius = (0.6 ‒ 0.1) R⨀
Background (2)Mass = (0.6 ‒ 0.1) M⨀
M型星は暗いので、フレア放射が検出しやすい
⾼い磁気活動 (彩層・コロナ放射, フレア)
⇒ これまで⽐較的多くの観測がなされてきた
0.1R⨀

0.5R⨀

Habitable Zone
Around M-dwarf TRAPPIST-1~0.04AU

M-dwarf

Sun
Habitable Zone
Around Solar System
SDO/HMI(©Sakaue)

LASCO©NASA~1AUM型星フレア
せいめい望遠鏡で観測されたM型星AD Leoでのスーパーフレア(Namekata et al. 2020)19-20年のPASJ/Most Discussed 2位に⇒ 世間からの注⽬度も⾼いMoCvaCon: M型星での質量噴出を知りたい
質量噴出の報告例

M-dwarf

Filament Eruption

Coronal MassExoplanet

太陽型星よりは情報量が多いが、依然として有⼒な観測例は少ない⇒ 時間分解した&多波⻑のサンプル増加が必要

HαHα Blue-shi, “輝線” =フィラメント噴出？
(cf. G型星は“吸収”として検出)Time resolved (~<10 events? )X線での間接的な証拠も?
Veronig et al. 2021, Nat. Astron.

Time

Normalized Intensity

Snap shot (~100 events? )e.g. Vida+19
Wavelength [A]e.g. Vida+16, Honda+18,
Maehara+21

M型星Blue Shift研究の課題: G型星と何が違う？

1.

噴出現象 (M型星は暗いから？リムで発⽣？)

2.
3.

彩層蒸発に伴う上昇流(cf. Tei+18)
ポストフレアループによる⾚側吸収 (e.g. Honda+18)

Normalized Intensity

課題1) Hα Blue-shift “輝線”⇒解釈が難しい⚠ 問題点: Hαだけではフレアと噴出現象の縮退が解けない(1)

e.g. Vida+19(3)
Wavelength [A]! 解決策：

(2)A ) 噴出現象の放射を含まない波⻑(例: ⽩⾊光)と多波⻑同時観測(Shibata et al. 1995)

B ) 速度・プロファイルの時間変化で切り分け⇒ 噴出現象の速度変化のタイムスケール~5 minを区別できる時間分解能での分光
Note) 先⾏研究では、せいぜい5分の分解能

課題2) Blue-shiftの発⽣頻度・統計的性質の解明 ⇒⻑期間モニタ観測⇒ せいめいの⼤⼝径・潤沢な時間を使って、これらを解決したいOur Observa4on Summary
Target starsYZCMi(M4.5V), EVLac(M4V), ADLeo(M3.5V)- well-known nearby active M-dwarfs[Optical Spectroscopy (λ/Δλ ~ 2000)]
Japan) Seimei 3.8m (KOOLS-IFU)[Photometry (Ground & Space)]
Japan) MITSuME 0.5m (g,R&I-band)
Japan) 前原11.5 cm望遠鏡 (V-band)
Space) TESS衛星 (1-band: 6000-10000Å)

我々の観測の強み- せいめい望遠鏡の潤沢な観測時間- ⼤⼝径による⾼いS/N・⾼い時間分解能(1-2分)- 同時⽩⾊光観測

TESSResult summary~30 night observations(2019March – 2021Feb)
およそ計画通り~ 50件のHαフレアを検出(一部出版済みNamekata et al. 2020, PASJ)→ At least 5 events show clear BlueAsymmetries⇒ その中の3例を紹介

Result: Blue-shi; event (A) on EV Lac
5 min~ energy release•M型星で⽩⾊光フレアに伴うBlue-shi*イベントを検出⇒ ⽩⾊光フレア放射と同時観測できたのはこれが初めて•"!" ~1.8 × 10#$ )*+(~最⼤級の太陽フレア)

⻘⽅偏移

⾚⽅偏移

⻘⽅偏移の性質•

速度400 km/sと⽐較的⾼速だが、脱出速度より⼩•数分のタイムスケール以内でダイナミックに⻘⽅/⾚⽅偏移が出現・速度変化⇒せいめい/KOOLSの時間分解能だからこそ検出•⻘⽅偏移は⽩⾊光に対して10分程度遅れて出現⻘⽅偏移Result: Blue-shi; event (B) on YZ CMi

TESS flux

5 min~ energy release•⻘⽅偏移"!" ~6.4 × 10#% )*+(~60% x 最⼤級の太陽フレア)

⻘⽅偏移の性質⻘⽅偏移•

最⼤速度400 km/sと、event (A)と同じくらい•

⼀⽅、⻘⽅偏移だけ出現（継続時間 ~ 5 min）•

⻘⽅偏移成分は⽩⾊光に同期して出現⇒ Event (A)とは異なる性質！

Result: Blue-shi; event (C) on YZ CMi
50 minTESS ﬂux•
⻘⽅偏移"&' ~5 × 10#( )*+性質•

速度 ~ 200 km/s•

⻘⽅偏移の継続時間 ~ 200 min•

トリガーの⽩⾊光の放射は無し⇒ Event (A), (B)と全然違う！

⻘⽅偏移

今回わかった知⾒
Blue-shi,の、⽩⾊光との対応/スペクトル時間変化は想像以上に多様性が⼤きい⇒ ⽅針：イベント毎のケーススタディを⾏い、その発⽣原因の特定をする

Discussion I: Case of Event (A)Blue-shi)の原因は？

(1)

噴出現象
彩層蒸発に伴う上昇流(cf. Tei+18)
ポストフレアループによる⾚側吸収可能性 2 ？ ⇒ No?

(3)• 太陽フレアの場合、シフトは数10km/s• Tei et al. による説明では、⾮熱的粒⼦加熱が必要だが、Blue-shiTと同期した⽩⾊光は検出されていない(2)

可能性 3 ？ ⇒ No
• ⾚⽅偏移吸収では、⻘⽅偏移した「こぶ」構造は説明できない⇒ 消去法的には、イベントAは噴出現象が最もらしい(Shibata et al. 1995)

Discussion II: 太陽プロミネンス噴出との比較• 太陽のフィラメント噴出の空間積分(Sun-as-a-star)データとの⽐較-2021年5⽉5⽇のイベント：プロミネンスの成分が、フレアに対して遅れてくる⇒ 噴出してから拡⼤し、表⾯積が⼤きくなるから↔ M型星フレアEvent (A)で、⽩⾊光に対してBlue-shiTが遅れて現れることとよく対応⇒ イベントAが噴出したプロミネンスであることを⽀持
Fig. 太陽のプロミネンス噴出のライトカーブ

Blue shia

Prominence Erup_on
Energy release

Fig. M型星フレア(Event A)のライトカーブ

SDDI/SMART(Ichimoto et al. 2017)

Energy releaseSummary & Future Work•

M型星の質量噴出の性質は、惑星環境を決める上で解き明かすべき重要な現象•

M型星フレアに伴うHα線の⻘⽅偏移⾮対称性を⾼時間分解能で・可視測光と同時に調査•せいめい/KOOLS-IFUの強みを活かした新たな成果：•

数分単位での⻘⽅・⾚⽅偏移の出現・消滅•

⻘⽅偏移と⽩⾊光フレアの同時検出•

⻘⽅偏移の出現頻度： ⇒ 本研究では、出現率は ~13% (5 in 40)•

5イベントに⼀貫した共通点はないが、噴出現象に関連している可能性

Future Works•

5イベント/先⾏研究の多様性の理解を深める⇒ 実際に、質量噴出と思われるものの発⽣頻度は？

•

⾚⽅偏移の理解 ⇒ M1学⽣の浪崎さんが研究中•

将来：X線・UV・電波により、多⾓的な噴出現象調査⇒本研究をベースに、他計画と連携を深めたい©JAXA©NSO