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Seismology and activity of the F type star HD 49933

1er février 2005

A 10-night asteroseismic observation programme has been conducted in January 2004 with the spectrometer HARPS at the ES0 3.6-m telescope. The selected target, the 6th magnitude F5V star HD 49933, was chosen among the prime candidates of COROT, the European space mission dedicated to characterize stellar oscillations mode with high precision photometry measurements. This star shows important line profiles variations, indicating a surprisingly high activity with respect to its low rotation rate. However, with the help of tools developed for disentangling the signatures of activity and oscillations, we are able to observe its oscillation spectrum in the frequency range [1.2, 2.2 mHz]. We measure the large separation (88.7

The signature of stellar activity occuring at low frequency should not affect the seismic signal at higher frequency. However, the very large distortions of the lines related to activity may mimic rapidly varying tiny Doppler shifts. A dedicated treatment was developped and applied to extract the information of a pure Doppler signal. It confirmed that the observed Fourier spectrum is not affected by distortions.

[hd-f2.png]

Figure 2 : Fourier spectrum of the velocity time series calculated with the optimum method. The window function is shown in the inset. No high pass filtering was applied, except for the removal of the mean velocity slope of each night.

The Fourier spectrum shows an excess power in the frequency range [1.2,2.2 mHz], that represents the seismic signature (Fig. 2). Its analysis exhibits a clear signature around 88.7±0.4 microHz, representative of the seismic large separation. The maximum oscillation amplitude is about 0.4±0.1 m/s rms. The agreement with the predicted scaling (0.6 m/s rms) appears to be marginal.We finally have been able to measure with HARPS the p-modes oscillation amplitude and the large separation of HD 49933. This confirms that ground-based asteroseismologic observations with HARPS provide excellent solar-like oscillations studies, even for a faint (mv=5.7) F type star exhibiting activity. For a star such as HD 49933, ground-based spectrometric measurements are less efficient than for cooler types stars, with more and narrower lines. However, we have demonstrated that spectrometric measurements are the appropriate tools for disentangling the signatures of oscillations and activity.

1) LESIA Laboratoire d’Etudes Spatiales et d’Instrumentation en Astrophysique (CNRS/Université Paris VI/Université Paris VII/Observatoire de Paris). 2) Laboratoire d’Astrophysique de Marseille 3) Laboratoire Cassiopée de cosmologie, astrophysique stellaire et solaire, de planétologie et de mécanique des fluides 4) Observatoire de Genève Contact Benoît Mosser (Observatoire de Paris, LESIA)

Dernière modification le 4 mars 2013

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Dis-moi comment tu oscilles, je te dirai qui tu es

1er février 2005

Une équipe d’astronomes dirigée par des chercheurs de l’Observatoire de Paris a observé à l’aide du spectromètre HARPS de l’ESO l’une des futures cibles de la mission d’astérosismologie COROT. Cette mission spatiale européenne, qui doit être lancée à l’été 2006, consacrera une partie de son activité à analyser les oscillations d’étoiles analogues au Soleil. A la clef de ce projet : la compréhension de la structure interne des étoiles et des mécanismes à l’œuvre pour transporter l’énergie de leur source interne vers la surface. L’étoile observée, HD 49933, la plus faible jamais observée pour l’étude des oscillations de type solaire, s’est révélée une cible complexe : elle rentre dans la catégorie des étoiles actives. La signature des oscillations stellaires a pu être extraite de celle, bien plus intense, de l’activité. Les propriétés sismiques de HD 49933 apparaissent alors en accord avec les prévisions, sauf pour les amplitudes, plus faibles qu’attendues. Rien ne prédisposait HD 49933 (étoile de type F5, de classe V, magnitude 5.7) à être scrutée 11 nuits durant, par le spectromètre HARPS de l’ESO, le plus précis jamais construit pour la mesure de vitesses radiales stellaires. Mais HD 49933 fait partie des principales cibles astérosismiques du projet COROT. Un peu plus massive que le Soleil, elle est le siège d’oscillations excitées par la convection, et étudier ses oscillations revient à plonger avec elles au cœur de l’étoile pour sonder sa structure interne. Le choix s’est porté sur cette étoile pour sa localisation dans le diagramme HR et sa rotation propre suffisamment faible pour le succès d’observations astérosismiques par spectrométrie. L’instrument HARPS, ouvert aux observations fin 2003, permettait donc de commencer l’étude d’une étoile cible de COROT, et surtout de tester l’amplitude du signal sismique, qui reste une donnée mal contrainte. La courbe vitesse radiale de l’étoile (Fig 1) comprend potentiellement de nombreuses composantes, dont la modulation par effet Doppler, dues aux oscillations globales stellaires. Mais dans le cas de HD 49933, cette courbe apparaît dominée par un signal à basse fréquence et très forte amplitude, qui a été identifié comme la signature de l’activité stellaire, se déroulant au rythme de l’entraînement des taches par la rotation stellaire.

<img src="hd-f1.png" alt="série temporelle"

Figure 1 : Série temporelle des vitesses radiales observées par HARPS. En haut : Le signal total est dominé par la signature de l’activité stellaire. En bas : Le signal corrigé des basses fréquences est dominé par les oscillations stellaires. Pour plus de détails, voir Seismology and activity of the F type star HD 49933

L’analyse de la série temporelle a été menée en développant des outils spécifiques pour s’affranchir au mieux du signal d’activité.Quand bien même ce signal modulé par la rotation stellaire est à bien plus basse fréquence que le signal sismique, il est génant par le fait qu’il déforme les raies du spectre stellaire, et donc perturbe la signification même de la mesure de la vitesse radiale de l’étoile.

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Figure 2 : Spectre des oscillations stellaires. Les oscillations correspondent au surcroît d’énergie observé dans l’intervalle de fréquence entre 1.2 et 2.2 mHz. Encart : Spectre de la fenêtre d’observation : l’interruption diurne envoie plus de 60% de l’énergie des modes dans des fréquences à ±11.6 µHz (1/24 h) de la fréquence d’oscillation.

La signature des oscillations apparaît dans le spectre (Fig. 2). Le rapport signal à bruit est faible, en raison de la magnitude stellaire, et le spectre est très fortement perturbé par l’interruption diurne des observations. Mais l’analyse du spectre d’oscillation dévoile que les fréquences propres d’oscillation s’organisent selon une fréquence de grande séparation de l’ordre de 88.7±0.4 µHz. Les amplitudes maximales, estimées en tenant compte des propriétés stellaires attendues, valent 0.4±0.1 m/s. Elles sont sensiblement inférieures aux valeurs attendues... mais seront parfaitement observables par COROT, et dans de bien meilleures conditions. Des obervations continues sur plusieurs jours, telles que celles que va mener COROT ou qui sont proposées pour la station antarctique, s’avèrent nécessaires pour profiter au mieux du très riche contenu physique des oscillations stellaires. 1) LESIA Laboratoire d’Etudes Spatiales et d’Instrumentation en Astrophysique (CNRS/Université Paris VI/Université Paris VII/Observatoire de Paris). 2) Laboratoire d’Astrophysique de Marseille 3) Laboratoire Cassiopée de cosmologie, astrophysique stellaire et solaire, de planétologie et de mécanique des fluides 4) Observatoire de Genève Contact Benoît Mosser (Observatoire de Paris, LESIA)

Dernière modification le 22 février 2013