EI Eridani and the art of doppler imaging : a long-term study

  • Understanding stars, their magnetic activity phenomena and the underlying dynamo action is the foundation for understanding 'life, the universe and everything' - as stellar magnetic fields play a fundamental role for star and planet formation and for the terrestrial atmosphere and climate. Starspots are the fingerprints of magnetic field lines and thereby the most important sign of activity in a star's photosphere. However, they cannot be observed directly, as it is not (yet) possible to spacially resolve the surfaces of even the nearest neighbouring stars. Therefore, an indirect approach called 'Doppler imaging' is applied, which allows to reconstruct the surface spot distribution on rapidly rotating, active stars. In this work, data from 11 years of continuous spectroscopic observations of the active binary star EI Eridani are reduced and analysed. 34 Doppler maps are obtained and the problem of how to parameterise the information content of Doppler maps is discussed. Three approaches for parameter extraction are introduced andUnderstanding stars, their magnetic activity phenomena and the underlying dynamo action is the foundation for understanding 'life, the universe and everything' - as stellar magnetic fields play a fundamental role for star and planet formation and for the terrestrial atmosphere and climate. Starspots are the fingerprints of magnetic field lines and thereby the most important sign of activity in a star's photosphere. However, they cannot be observed directly, as it is not (yet) possible to spacially resolve the surfaces of even the nearest neighbouring stars. Therefore, an indirect approach called 'Doppler imaging' is applied, which allows to reconstruct the surface spot distribution on rapidly rotating, active stars. In this work, data from 11 years of continuous spectroscopic observations of the active binary star EI Eridani are reduced and analysed. 34 Doppler maps are obtained and the problem of how to parameterise the information content of Doppler maps is discussed. Three approaches for parameter extraction are introduced and applied to all maps: average temperature, separated for several latitude bands; fractional spottedness; and, for the analysis of structural temperature distribution, longitudinal and latitudinal spot-occurrence functions. The resulting values do not show a distinct correlation with the proposed activity cycle as seen from photometric long-term observations, thereby suggesting that the photometric activity cycle is not accompanied by a spot cycle as seen on the Sun. The general morphology of the spot pattern on EI Eri remains persistent for the whole period of 11 years. In addition, a detailed parameter study is performed. Improved orbital parameters suggest that EI Eri might be complemented by a third star in a wide orbit of about 19 years. Preliminary differential rotation measurements are carried out, indicating an anti-solar orientation.show moreshow less
  • Das Verständnis magnetisch verursachter Aktivität auf Sternen sowie der zugrundeliegenden Dynamoprozesse ist von fundamentaler Bedeutung für das Verständnis von Entstehung und Entwicklung von Sternen sowie des Lebens im Universum. Sichtbare Erscheinungen dieser stellaren Aktivität sind u.a. Sternflecken, welche als Indikatoren des zugrundeliegenden Magnetfeldes dienen. Solche Flecken können auf anderen Sternen als der Sonne nicht direkt beobachtet werden, zumal mit den heutigen technischen Mitteln eine Auflösung der Oberfläche selbst der benachbarten Sterne unmöglich ist. Eine indirekte Rekonstruktionsmethode namens 'Doppler Imaging' erlaubt es jedoch, auf die Temperaturverteilung auf der Sternoberfläche zu schließen. Für diese Arbeit wurden elf Jahre kontinuierlicher spektroskopischer Beobachtungen des aktiven Doppelsterns EI Eridani herangezogen, um insgesamt 34 Dopplerkarten zu erstellen. In der Folge wird versucht, eine Grundlage zu schaffen für die Analyse des zweidimensionalen Informationsgehalts dieser Karten. DreiDas Verständnis magnetisch verursachter Aktivität auf Sternen sowie der zugrundeliegenden Dynamoprozesse ist von fundamentaler Bedeutung für das Verständnis von Entstehung und Entwicklung von Sternen sowie des Lebens im Universum. Sichtbare Erscheinungen dieser stellaren Aktivität sind u.a. Sternflecken, welche als Indikatoren des zugrundeliegenden Magnetfeldes dienen. Solche Flecken können auf anderen Sternen als der Sonne nicht direkt beobachtet werden, zumal mit den heutigen technischen Mitteln eine Auflösung der Oberfläche selbst der benachbarten Sterne unmöglich ist. Eine indirekte Rekonstruktionsmethode namens 'Doppler Imaging' erlaubt es jedoch, auf die Temperaturverteilung auf der Sternoberfläche zu schließen. Für diese Arbeit wurden elf Jahre kontinuierlicher spektroskopischer Beobachtungen des aktiven Doppelsterns EI Eridani herangezogen, um insgesamt 34 Dopplerkarten zu erstellen. In der Folge wird versucht, eine Grundlage zu schaffen für die Analyse des zweidimensionalen Informationsgehalts dieser Karten. Drei Oberflächenkartenparameter werden vorgeschlagen: gemittelte Temperatur, getrennt für verschiedenen stellare Breitenbänder; relative Fleckenhäufigkeit; und, zum Zwecke der Auswertung der strukturellen Temperaturverteilung, Längen- und Breiten-Ortsfunktion der Sternfleckenhäufung. Die resultierenden Werte zeigen deutlich, daß kein zeitlicher Zusammenhang mit dem photometrischen Aktivitätszyklus besteht. Die Morphologie der Fleckenverteilung bleibt während des kompletten Beobachtungszeitraums im wesentlichen konstant. Im Gegensatz zur Sonne gibt es also, im beobachteten Zeitraum und innerhalb der bestehenden Genauigkeit, keinen Fleckenzyklus auf dem aktiven Stern EI Eri. Darüberhinaus wurde eine ausführliche Studie der stellaren Parameter von EI Eri und eine vorläufige Abschätzung der differentiellen Rotation auf EI Eri durchgeführt, die eine anti-solare Ausrichtung aufzuweisen scheint, d.h. der Pol rotiert schneller als der Äquator.show moreshow less

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Metadaten
Author:Albert Washüttl
URN:urn:nbn:de:kobv:517-0001714
Title Additional (English):EI Eridani and the art of doppler imaging : a long-term study
Advisor:Klaus G., Strassmeier, Prof. Dr.
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2004
Publishing Institution:Universität Potsdam
Granting Institution:Universität Potsdam
Date of final exam:2004/11/12
Release Date:2005/02/14
Tag:Aktivität; Sterne; Sternflecken; Zyklus
activity; binaries; cycle; late-type; spots; stars
RVK - Regensburg Classification:US 1080
Organizational units:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Physik und Astronomie
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 53 Physik / 530 Physik