Flare stars in the solar vicinity [Elektronische Ressource] : a search for young stars / vorgelegt von Brigitte König

Flare Stars
In The Solar Vicinity
A Search For Young Stars
Dissertation
¨ ¨der Fakultat fur Physik
¨der Ludwig-Maximilians-Universitat
¨Munchen
vorgelegt am 08.09.2003
¨von Brigitte Konig
aus StarnbergErstgutachter: Prof. Dr. Dr. h.c Gregor Morfill
Zweitgutachter: Prof. Dr. Ralph Neuh¨auser
Tag der mundlic¨ hen Prufung:¨ 22.12.2003Contents
Contents iii
List of Figures vii
Kurzzusammenfassung 1
Abstract 3
1 Introduction 5
1.1 The model developed in the 1960’s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1.1 From a gas and dust cloud to a protostar . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1.2 What can we observe at this phase? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1.3 The phase of slow contraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1.4 Collapse under selfgravitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2 Improved models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.1 Centrally concentrated clouds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.2 Inhomogeneous gas clouds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.3 Rotation of the cloud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.2.4 Magnetic field in protostars and young stars . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3 Observed evolution stages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.4 Stars on the main sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.5 Post-main sequence stars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.6 What do we know about local young stars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.7 Details of flare stars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.7.1 Definition of flare stars. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.7.2 The nature of other types of flare stars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2 The sample 21
2.1 Revising the catalogs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2 The flare stars in the H-R diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3 Space velocity of the sample stars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.4 Observation and Data Reduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.4.1 Low resolution spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.4.2 High spy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3 Stellar atmospheres models 29
3.1 Assumptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.2 Energy transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.2.1 Radiative energy transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.2.2 Convectiveort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31iv CONTENTS
3.2.3 Heat transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.3 Interaction between radiation and material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.3.1 Atomic excitation and ionisation in TE . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.3.2 Radiative interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.4 Hydrostatic equilibrium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.5 Sources of opacities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.5.1 Continuous opacity sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.5.2 Line opacities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.6 Computed spectral lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.6.1 Dependence on the element abundance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.6.2 Dependency on other stellar parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.7 How to derive abundances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4 Flare stars in stellar associations 41
4.1 The Ursa Major association . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
14.1.1 χ Orionis B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.1.2 [GKL 99] 104, HIP 18512 A, HD 24916 A . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.1.3 [GKL 99] 109, HIP 19855, HD 26913 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.1.4 [GKL 99] 231, HIP 53985 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.1.5 [GKL 99] 239 and [GKL 99] 240, or HIP 55454 A & B . . . . . . . . . . 55
4.2 Local association . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.3 The region of TW Hydrae Association . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.3.1 The sample in TWA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.3.2 Kinematics and multiplicity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.3.3 Hertzsprung-Russell diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.3.4 X-ray emission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.3.5 Near-infrared imaging of HIP 57269 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.3.6 Spectroscopic follow up of companion candidates . . . . . . . . . . . . . 62
4.3.7 Summary and Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.4 The flare stars in the region of Tuc and HorA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.5 The Tucana Association . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.6 The Horologium Association . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.6.1 The Tucana - Horologium association . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.6.2 [GKL 99] 428, HIP 111766. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.6.3 [GKL 99] 414, HIP 108405. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.6.4 [GKL 99] 72. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.7 Stars with space motion consistent with AnA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.7.1 [GKL 99] 423, HIP 110526. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.8 Stars in the Pleiades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.8.1 [GKL 99] 74, HIP 12351 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.8.2 [GKL 99] 312, HIP 73555 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.8.3 [GKL 99] 306, EK Dra, HIP 71631, HD 129333 . . . . . . . . . . . . . . 75
4.8.4 [GKL 99] 210, GJ 3562 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.8.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.9 Hercules-Lyra association . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.9.1 [GKL 99] 410, HN Peg, HIP 107350, HD 206860 . . . . . . . . . . . . . 78
4.9.2 HIP 114385, and [GKL 99] 440, HIP 114379 . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.10 β Pictoris moving group . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
4.10.1 [GKL 99] 82, HIP 13402, HD 17925 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.10.2 [GKL 99] 145, HIP 26779 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82CONTENTS v
4.10.3 [GKL 99] 132, HIP 23200 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.10.4 [GKL 99] 137 and [GKL 99] 136, or GJ 3331 A & B . . . . . . . . . . . 82
4.10.5 [GKL 99] 146, GJ 1083 A & B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.10.6 [GKL 99] 387 and [GKL 99] 388, or HIP 102141 A & B . . . . . . . . . 83
4.10.7 [GKL 99] 394, HIP 102409. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.11 The translucent cloud MBM 12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.12 Stars belonging to the Hyades Cluster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.12.1 [GKL 99] 15, HIP 1803, HD 1835, HR 88 . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.13 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.14 Discussion - Why not use Photometry?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.14.1 The colors of a star. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
4.14.2 Narrow band photometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
4.14.3 Low resolution spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
5 Radial velocity monitoring 91
5.1 Observations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
5.2 Data analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
5.3 Error sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
5.3.1 Stellar spots. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
5.3.2 Plage regions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
5.3.3 Solution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5.4 Results. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
6 R´esum´e 105
6.1 The Sample . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
6.2 Evaluation of the sample . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
6.3 Results. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
Bibliography 111
Revised data of the input catalog 123
Space velocity of the flare stars 129
Observation logfile 135
Danksa