Gravity darkening in late-type stars

Autor: Thomas Gastine, Raphaël Raynaud, Bertrand Putigny, Ludovic Petitdemange, Michel Rieutord
Přispěvatelé: School of Astronomy and Astrophysics [Teheran], Institute for Research in Fundamental Science [Terhan] (IPM), Astrophysique Interprétation Modélisation (AIM (UMR_7158 / UMR_E_9005 / UM_112)), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7), Département d'Astrophysique (ex SAP) (DAP), Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers (IRFU), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique (LERMA (UMR_8112)), Sorbonne Université (SU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Cergy Pontoise (UCP), Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de La Réunion (UR)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-IPG PARIS-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université de Cergy Pontoise (UCP), Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Astrophysique Interprétation Modélisation (AIM (UMR7158 / UMR_E_9005 / UM_112)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Cergy Pontoise (UCP), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Université de La Réunion (UR)-Institut de Physique du Globe de Paris (IPG Paris)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Rok vydání: 2018
Předmět:
[PHYS.PHYS.PHYS-FLU-DYN]Physics [physics]/Physics [physics]/Fluid Dynamics [physics.flu-dyn]
Convection
Equator
Prandtl number
FOS: Physical sciences
Astrophysics
010502 geochemistry & geophysics
Rotating convection
01 natural sciences
Stars interiors
Physics::Fluid Dynamics
Rossby number
symbols.namesake
0103 physical sciences
Astrophysics::Solar and Stellar Astrophysics
Gravity darkening
010303 astronomy & astrophysics
Astrophysics::Galaxy Astrophysics
Solar and Stellar Astrophysics (astro-ph.SR)
0105 earth and related environmental sciences
[PHYS]Physics [physics]
Physics
[SDU.ASTR.SR]Sciences of the Universe [physics]/Astrophysics [astro-ph]/Solar and Stellar Astrophysics [astro-ph.SR]
Hydrodynamics simulation
Astronomy and Astrophysics
Mechanics
Nusselt number
Astrophysics - Solar and Stellar Astrophysics
Heat flux
13. Climate action
Space and Planetary Science
Heat transfer
symbols
Astrophysics::Earth and Planetary Astrophysics
[PHYS.ASTR]Physics [physics]/Astrophysics [astro-ph]
Zdroj: Astronomy and Astrophysics-A&A
Astronomy and Astrophysics-A&A, EDP Sciences, 2018, 609 (A124), ⟨10.1051/0004-6361/201731729⟩
Astronomy and Astrophysics-A&A, 2018, 609 (A124), ⟨10.1051/0004-6361/201731729⟩
ISSN: 1432-0746
0004-6361
DOI: 10.1051/0004-6361/201731729
Popis: Recent interferometric data have been used to constrain the brightness distribution at the surface of nearby stars, in particular the so-called gravity darkening that makes fast rotating stars brighter at their poles than at their equator. However, good models of gravity darkening are missing for stars that posses a convective envelope. In order to better understand how rotation affects the heat transfer in stellar convective envelopes, we focus on the heat flux distribution in latitude at the outer surface of numerical models. We carry out a systematic parameter study of three-dimensional, direct numerical simulations of anelastic convection in rotating spherical shells. Restricting our investigations to hydrodynamical models with a thermal Prandtl number fixed to unity, we consider both thick and thin (solar-like) shells, and vary the stratification over three orders of magnitude. We measure the heat transfer efficiency in terms of the Nusselt number, defined as the output luminosity normalised by the conductive state luminosity. We report diverse Nusselt number profiles in latitude, ranging from brighter (usually at the onset of convection) to darker equator and uniform profiles. We find that the variations of the surface brightness are mainly controlled by the surface value of the local Rossby number: when the Coriolis force dominates the dynamics, the heat flux is weakened in the equatorial region by the zonal wind and enhanced at the poles by convective motions inside the tangent cylinder. In the presence of a strong background density stratification however, as expected in real stars, the increase of the local Rossby number in the outer layers leads to uniformisation of the surface heat flux distribution.
Comment: 11 pages, 8 figures
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: