Варіації центр — край інтенсивності та лінійної поляризації неперервного випромінювання зір при транзитах екзопланет

1Щукіна, НГ, 2Трухільо, Б, 1Васильєва, ІЕ, 3Францева, КВ
1Головна астрономічна обсерваторія Національної академії наук України, Київ, Україна
2Інститут астрофізики Канарських островів, Лагуна, Іспанія; Університет Лагуни, Лагуна, Іспанія
3Нідерландський інститут космічних досліджень, Гронінген, Нідерланди; Каптейнскій астрономічний інститут, Університет Гронінгена, Гронінген, Нідерланди
Рубрика: Фізика зір і міжзоряного середовща
Мова: російська
Анотація: 

Виконано моделювання варіацій центр — край інтенсивності випромінювання і лінійної поляризації в континуумі для сітки одновимірних моделей атмосфер зір, параметри яких відповідають зорям з транзитом планет з архіву NASA. Інтервал довжин хвиль, для яких проводились розрахунки, лежить між 300 нм і 950 нм. Показано, що потемніння лімба зменшується зі збільшенням ефективної температури зорі. На довжині хвилі λ 370 нм, яка відповідає максимуму фотометричної смуги пропускання UX в системі Джонсона — Кузінса, значення потемніння для зір з транзитом планет лежать в діапазоні між 0.03 і 0.3. Лінійна поляризація, на відміну від потемніння до краю, залежить не тільки від ефективної температури зорі, але й від її прискорення сили тяжіння та металiчності. Її значення зменшується зі збільшенням цих параметрів. У UX-смузі максимальна лінійна поляризація зір з транзитом планет складає приблизно 4 %, тоді як мінімальна величина — близько 0.3%. Потемніння до краю і лінійна поляризація швидко зменшуються з довжиною хвилі. У смузі пропускання R (λ = 700 нм) лінійна поляризація на лімбі фактично на два порядки менша, ніж в UX-смузі. Варіації центр — край інтенсивності і лінійної поляризації неперервного випромінювання на різних довжинах хвиль можна апроксимувати полiномами четвертого та шостого ступеня відповідно. Коефіцієнти апроксимації, а також IDL-процедури для їхнього читання, доступні в елект-ронному форматі. Показано, що є два класи зір з високою лінійною поляризацією на лімбі. У перший з них входять холодні карлики. Їхні типові представники — HATS-6, Kepler-45, а також всі зорі з близькими параметрами. Другий клас зір — більш гарячі гіганти і субгіганти. До нього належать CoRoT-28, Kepler-91 і група зірок з ефективними температурами і прискоренням сили тяжіння близько 5000 К і 3.5 відповідно.

Ключові слова: зорі з транзитом планет, лінійна поляризація, потемніння до краю
References: 

1. К. У. Аллен, Астрофизические величины, ( М: Мир, 1977.—446 с.)

2. В. В. Соболев, Курс теоретической астрофизики, ( М: Наука, 1967.—528 с.)

3. J. M. Almenara, F. Bouchy, P. Gaulme, al. XXIV. et, "Transiting exoplanets from the CoRoT space mission. CoRoT-25b and CoRoT-26b: two low-density giant planets". Astron. and Astrophys, 2013. 555, A118—A128 (2013).

4. S. V. Berdyugina, A. V. Berdyugin, D. M. Fluri, V. Piirola, "First detection of polarized scattered light from an exoplanetary atmosphere". Astrophys. J, 2008. 673, L83—L86 (2008).

5. S. V. Berdyugina, A. V. Berdyugin, D. M. Fluri, V. Piirola, "Polarized reflected light from the exoplanet HD189733b: First multicolour observations and confirmation of detection". Astrophys. J. Lett, 2011. 728, L6—L10 (2011).

6. M. S. Bessel, "UBVRI passbands". Publ. Astron. Soc. Pacif, 1990. 102, 1181—1199 (1990).

7. A. Bonfanti, S. Ortolani, V. Nascimbeni, "Age consistency between exoplanet hosts and field stars". Astron. and Astrophys, 2016. 585, A5—A18 (2016).

8. W. J. Borucki, D. G. Koch, G. Basri, et al., "Characteristics of planetary candidates observed by Kepler. II. Analysis of the first four months of data". Astrophys. J, 2011. 736, 19—40 (2011).

9. F. Bouchy, S. Udry, M. Mayor, et al., "ELODIE metallicity-biased search for transiting Hot Jupiters. II. A very hot Jupiter transiting the bright K star HD 189733". Astron. and Astrophys, 2005. 444, L15—L19 (2005).

10. J. H. M. J. Bruls, "The formation of helioseismology line. IV. The NI I 676. 8 nm intercombination line". Astron. and Astrophys, 1993. 269, 509—517 (1993).

11. L. A. Buchhave, D. W. Latham, J. A. Carter, et al., "Kepler-14b: A massive hot Jupiter transiting an F star in a close visual binary". Astrophys. J. Suppl. Ser, 2011. 197, 3—10 (2011).

12. K. A. Burlov-Vasiljev, E. A. Gurtovenko, Ya. B. Matveev, "New absolute measurements of the solar spectrum". Solar Phys, 1995. 157, 51—73 (1995).

13. K. A. Burlov-Vasiljev, Ya. B. Matveev, I. E. Vasiljeva, "New measurements of the solar disk-center spectral intensity in the near IR from 645 nm to 1070 nm". Solar Phys, 1998. 177, 25—40 (1998).

14. J. Cabrera, Sz. Csizmadia, G. Montagnier, al. XXVII. et, "Transiting exoplanets from the CoRoT space mission. CoRoT-28b, a planet orbittng an evolved star, and CoRoT-29b, a planet showtng an asymmetric transit". Astron. and Astrophys, 2015. 579, A36—A54 (2015).

15. A. C. Carciofi, A. M. Magalhnes, "The polarization signature of extrasolar planet transiting cool dwarfs". Astrophys. J, 2005. 635, 570—577 (2005).

16. L. Casagrande, R. Schönrich, M. Asplund, et al., "New constraints on the chemical evolution of the solar neighbourhood and Galactic disc(s). Improved astrophysical parameters for the Geneva-Copenhagen survey". Astron. and Astrophys, 2011. 530, A138—A158 (2011).

17. S. Chandrasekhar, "On the radiative equilibrium of a stellar atmosphere". Astrophys. J, 1946. 103, 351—370 (1946).

18. A. Claret, "A new non-linear limb-darkening law for LTE stell ar atmosphere models. Calculations for -5. 0 363, 1081—1190 (2000).

19. A. D. Code, "Radiative equilibrium in an atmosphere in which pure scattering and pure absorption both play a role". Astrophys. J, 1950. 112, 22—24 (1950).

20. Feldt M., Turatto M., Schmid H. M., et al. “Planet Finder” instrument for the ESO VLT // Proceedings “Towards Other Earths: DARWIN/TPF and the Search for Extrasolar Terrestrial Planets”, Heidelberg, Germany, April 22—25, 2003 (ESASP-539, October 2003) / Eds M. Fridlund, T. Henning, —2003.—P. 99—107.

21. A. D. Fluri, J. O. Stenflo, "Continuum polarization in the solar spectrum". Astrophys. J, 1999. 341, 902—911 (1999).

22. K. Frantseva, N. M. Kostogryz, T. M. Yakobchuk, "Simulation of polarimetric effects in planetary system HD189733". Adv. Astron. and Space Phys, 2012. 2, 146— 148 (2012).

23. K. Fuhrmann, "Nearby stars of the Galactic disc and halo. IV. ". Mon. Notic. Roy. Astron. Soc, 2008. 384, 173—224 (2008).

24. L. Ghezzi, K. Cunha, V. V. Smith, et al., "Stellar parameters and metallicities of stars hosting Jovian and Neptunian mass planets: A possible dependence of planetary mass on metallicity". Astrophys. J, 2010. 720, 1290—1302 (2010).

25. G. Gonzalez, M. K. Carlson, R. W. X. Tobin, "Parent stars of extrasolar planets. Lithium abundances and vsini revisited". Mon. Notic. Roy. Astron. Soc, 2010. 403, 1368—1380 (2010).

26. R. O. Gray, C. J. Corbally, R. F. Garrison, al. Iet, "Coniribuiions to the nearby stars (NStars) project: Spectroscopy of stars earlier than M0 within 40 parsecs: The northern sample". Astron. J, 2003. 126, 2048—2059 (2003).

27. J. P. Harrington, "The intinsic polarization of Mira Variables". Astrophys. J. Lett, 1969. 3, 165—168 (1969).

28. J. P. Harrington, "Polarization of radiation from stellar atmospheres atmospheres. The grey case". Astrophys. and Space Sci, 1970. 8, 227—242 (1970).

29. J. D. Hartman, D. Bayliss, R. Brahm, et al., "HATS-6b: A Warm saturn transiting an early M dwarf star, and a set of empirical relations for characterizing K and M dwarf planet hosts". Astron. J, 2015. 149, A166—A185 (2015).

30. W. Hayek, D. Sing, F. Pont, M. Asplund, "Limb darkening laws for two exoplanet host stars derived from 3D stellar model atmospheres. Comparison with 1D models and HST light curve observations". Astron. and Astrophys, 2012. 539, A102— A116 (2012).

31. J. Hough, "Polarimetry: a powerful diagnostic tool in astronomy". Astron. and Geophys, 2006. 47 (3), 331—335 (2006).

32. J. H. Hough, P. W. Lucas, J. A. Bailey, et al., "PlanetPol: A very high sensitivity polarimeter". Publ. Astron. Soc. Pacif, 2006. 118 (847), 1302—1318 (2006).

33. D. Huber, V. Silva Aguirre, J. M. Matthews, et al., "Revised stellar properties of Kepler targets for the quarter 1—16 transit deieciion run". Astrophys. J. Suppl. Ser, 2014. 211, 2—18 (2014).

34. J. C. Kemp, D. Henson, C. T. Steiner, E. R. Powell, "The optical polarization of the Sun measured at a sensitivity of parts in ten million". Nature, 1987. 326, 270— 273 (1987).

35. N. M. Kostogryz, S. V. Berdyugina, "Center-to-limb polarization in continuum spectra of F, G, K stars". Astron. and Astrophys, 2015. 575, A89—A97 (2015).

36. N. M. Kostogryz, T. M. Yakobchuk, S. V. Berdyugina, "Polarization in exoplanetary systems caused by transits, grazing transits, and starspots". Astrophys. J, 2015. 806, 97—108 (2015).

37. N. M. Kostogryz, T. M. Yakobchuk, O. V. Morozhenko, A. P. Vid’machenko, "Polarimetric study of transiting extrasolar planets". Mon. Notic. Roy. Astron. Soc, 2011. 415, 695—700 (2011).

38. R. L. Kurucz, ATLAS9 Stellar atmospheres programs and 2 km s-1 grid, ( Cambridge:Smithsonian Astrophys. Obs., 1993.—CD-ROM N 13.)

39. K. R. Lang, Astrophysical formulae , ( Berlin, Helderberg, New York: Springer-Verlag, 1974.—Chapter 9.)

40. J. Lillo-Box, D. Barrado, A. Moya, et al., "Kepier-91b: a planet at the end of its life. Planet and giant host star properties via light-curve variations". Astron. and Astro—phys, 2014. 562, A109 (2014).

41. P. W. Lucas, J. H. Hough, J. A. Bailey, et al., "Planetpol polarimetry of the exoplanet systems 55 Cnc and r Boo". Mon. Notic. Roy. Astron. Soc, 2009. 393, 229 —244 (2009).

42. D. Mihalas, Stellar atmospheres: Second ed, ( San Francisco: W. H. Freeman and Co, 1978.—650 p.)

43. E. A. Milne, Handbuch der Astrophysik, ( Berlin: Springer, 1930.—Vol. 3, Part 1.—P. 145.)

44. T. V. Mishenina, M. Pignatari, S. A. Korotin, et al., "Abundances of neutron-capture elements in stars of the Gai actic disk substructures". Astron. and Astrophys, 2013. 552, A128 (2013).

45. M. H. Pinsonneault, D. An, J. Molenda-Zakowicz, et al., "A revised effective temperature scale for the Kepler input catalog". Astrophys. J. Suppl. Ser, 2012. 199, 30 —51 (2012).

46. I. Ramírez, J. R. Fish, D. L. Lambert, PrietoAllende, "Lithium abundances in nearby FGK dwarf and subgiant stars: Internal destruction, galactic chemical evolution, and exoplanets". Astrophys. J, 2012. 756, 46 (2012).

47. J. F. Rowe, J. L. Coughlin, V. Antoci, et al., "Planetary candidates observed by Kepler. V. Planet sample from Q1-Q12 (36 Months)". Astrophys. J. Suppl. Ser, 2015. 217, 16 (2015).

48. N. C. Santos, S. G. Sousa, A. Mortier, et al., "SWEET-Cat: a catalogue of parameters for stars with exoplanETs. I. New atmospheric parameters and masses for 48 stars with planets". Astron. and Astrophys, 2013. 556, A150 (2013).

49. H. M. Schmid, D. Gisler, F. Joos, et al., "ZIMPOL/CHEOPS: a polarimetric imager for the direct detection of extra-solar planets". ASP Conf. Ser. 343, (Astronomical Polarimetry: Current Status and Future Directions / Eds A. Adamson, C. Aspin, C. J. Davis, T. Fujiyoshi)(2005)

50. S. Seager, B. A. Whitney, D. D. Sasselov, "Photometric light curves and polarization of close-in extrasolar giant planets". Astrophys. J, 2000. 540, 504—520 (2000).

51. N. G. Shchukina, K. V. Frantseva, J. Trujillo Bueno, "The continuum polarization of stars with transiting exoplanetary systems". WG1 meeting “Polarimetry of planetary systems” (COST Action MP1104 — Polarisation as a tool to study The Solar System and beyond), Florence, Italy, September 23—27, 2013. Online at http:.

52. N. G. Shchukina, K. V. Frantseva, J. Trujillo Bueno, "Continuum polarization of stars as a result of occupation by transiting exoplanets". Proceedings of 21th Young Scientists’ Conference on Astronomy and Space Physics, Taras Shevchenko National University, Kyiv, April 28—May 3, 2014. Online at http:. ,

53. N. G. Shchukina, K. V. Frantseva, J. Trujillo Bueno, "Continuum polarization of stars as a result of occultation by transiting exoplanets". WG2 meeting “Theory and modelling of polarisation in astrophysics” (COST Action MP1104 — Polarisation as a tool to study The Solar System and beyond), Prague, Czech Republic, May 5—8, 2014. Online at http:.

54. D. K. Sing, "Stellar limb-darkening coefficients for CoRot and Kepler". Astron. and Astrophys, 2010. 510, A21—A24 (2010).

55. D. K. Sing, J-M. Désert, J. J. Fortney, et al., "Gran Telescopio Canarias OSIRIS transiting exoplanet atmo ipheric survey: deieciion of poiasiium in XO-2b from narrowband spectrophotometry". Astron. and Astrophys, 2011. 527, A73— A82 (2011).

56. D. K. Sing, J-M. Désert, A. Lecavelier Des Etangs, et al., "Transit spectrophotometry of the exoplanet HD 189733b. I. Searching for waier but finding haze with HST NICMOS". Astron. and Astrophys, 2009. 505, 891—899 (2009).

57. S. G. Sousa, N. C. Santos, G. Israelian, et al., "Spectroscopic parameters for a sample of metal-rich solar-type stars". Astron. and Astrophys, 2006. 458, 873—880 (2006).

58. D. M. Stam, J. W. Hovenier, L. B. F. M. Waters, "Using polarimetry to detect and characterize Jupiter-like extrasolar planets". Astron. and Astrophys, 2004. 428, 663—672 (2004).

59. J. O. Stenflo, C. U. Keller, A. Gandorfer, "Anomalous polarization effects due to coherent scattering on the Sun 2000". Astron. and Astrophys, 2000. 355, 789—803 (2000).

60. G. Torres, D. A. Fischer, A. Sozzetti, et al., "Improved spectroscopic parameters for transiting planet hosts". Astrophys. J, 2012. 757, 161 (2012).

61. J. Trujillo Bueno, R. Manso Sainz, "Iterative methods for the non-LTE transfer of polarized radiation: Resonance line polarization in one-dimensional atmospheres". Astrophys. J, 1999. 516, 436—450 (1999).

62. J. Trujillo Bueno, N. G. Shchukina, "Three-dimensional radiative transfer modeling of the poiarizaiion of the Sun’s continuous specirum". Astrophys. J, 2009. 694, 1364—1378 (2009).

63. S. J. Wiktorowicz, "Nondetection of polarized, scattered light from the HD 189733b hot Jupiter". Astrophys. J, 2009. 696, 1116—1124 (2009).

64. S. J. Wiktorowicz, K. A. Matthews, "High-precision optical polarimeter to measure inclinations of high-mass X-ray binaries". Publ. Astron. Soc. Pacif, 2008. 120 (847), 1282—1297 (2008).

65. P. A. Wilson, K. D. Colyn, D. K. Sing, et al., "A search for methane in the atmosphere of GJ 1214b via GTC narrow-band transmission spectrophotometry". Mon. Notic. Roy. Astron. Soc, 2014. 438, 2395—2405 (2014).

66. N. J. Wright, J. J. Drake, E. E. Mamajek, G. W. Henry, "The stellar-activity-rotation relationship and the evolution of stellar dynamos". Astrophys. J, 2011. 743, 48 —63 (2011).