恒星表面的空间分辨光谱学 I. 利用系外行星凌星分析三维恒星大气

背景：高精度恒星分析需要流体动力学建模来解释化学丰度或振荡模式。系外行星大气研究需要已知凌星路径上的恒星背景光谱，而类地行星的探测则需要理解恒星的微变异性。流体动力学三维模型可针对各种不同类型的恒星进行计算，但迄今为止仅对具有可分辨表面特征的太阳进行了详细检验。模型预测包括谱线形状、不对称性和波长移动，以及它们跨越恒星盘面的临边变化。目标：观测空间高度分辨的恒星表面上的高分辨率谱线轮廓，这些轮廓不受全盘光谱中存在的空间模糊和自转展宽效应的影响，从而能够与三维模型合成的轮廓进行比较。方法：在系外行星凌星期间，恒星表面的连续部分被遮掩，不同凌星相位之间的差分光谱提供了暂时被行星遮掩的小表面区段的光谱。行星最多仅覆盖任何主序星的约 1%，这实现了高空间分辨率，但要求极高的观测精度。通过对合成谱线的模拟观测，识别出实际可测量的物理量。结果：在普通恒星中，不同凌星相位之间的谱线轮廓比可能变化约 0.5%，这要求信噪比达到 5,000 或更高才能进行有意义的谱线重建。虽然对单条谱线而言目前尚不现实，但对于冷星，通过对大量具有相似参数的谱线进行平均是可以实现的。结论：对于拥有大型凌星行星的明亮主星，空间分辨光谱学目前是可行的。正在进行的测光巡天有望在不久的将来发现更多可观测的目标。