Imaging starspot evolution on Kepler target KIC 5110407 using light curve inversion

The Kepler target KIC 5110407, a K-type star, shows strong quasi-periodic light curve fluctuations likely arising from the formation and decay of spots on the stellar surface rotating with a period of 3.4693 days. Using an established light-curve inversion algorithm, we study the evolution of the surface features based on Kepler space telescope light curves over a period of two years (with a gap of .25 years). At virtually all epochs, we detect at least one large spot group on the surface causing a 1-10% flux modulation in the Kepler passband. By identifying and tracking spot groups over a range of inferred latitudes, we measured the surface differential rotation to be much smaller than that found for the Sun. We also searched for a correlation between the seventeen stellar flares that occurred during our observations and the orientation of the dominant surface spot at the time of each flare. No statistically-significant correlation was found except perhaps for the very brightest flares, suggesting most flares are associated with regions devoid of spots or spots too small to be clearly discerned using our reconstruction technique. While we may see hints of long-term changes in the spot characteristics and flare statistics within our current dataset, a longer baseline of observation will be needed to detect the existence of a magnetic cycle in KIC 5110407.Comment: 32 pages, 15 figures, accepted to Ap

Temperaturmessungen und Analyse von Wärme- und Stofftransportvorgängen bei verdunstenden Tropfen

Der typische Kaffeefleck ist ungewollt, dunkel umrandet und hat ein helles Inneres. Beschrieben wird seine Entstehung durch den Kaffeefleckeneffekt, ein Phänomen, das nicht nur beim Kaffee zu finden ist, sondern auch bei zahlreichen technischen Flüssigkeiten, durch deren Verdunstung Unkrautbekämpfungsmitteln aufgebracht, Krankheiten diagnostiziert und Elektroniken gedruckt werden. Zu letztgenannten zählen auch Dünnschichttransistoren, bei denen die typischen Fleckenmuster unbedingt vermieden werden müssen, wenn die volle Funktionalität gewährleistet werden soll. In der herstellenden Industrie wird dieses Problem empirisch behoben, beispielsweise durch die Zugabe von Tensiden. Die Forschung hat sich indessen zur Aufgabe gemacht, den Fleck nicht a priori verhindern zu wollen, sondern seine Entstehungsmechanismen zu verstehen und zu kontrollieren. Theoretische Modelle, die diese Lücke zwischen Anwendung und Grundlagen schließen möchten, gibt es bereits. Belastbare experimentelle Daten fehlen aber. Die größten Hindernisse bis dato sind, dass die Tropfen eine gekrümmte Oberfläche haben und typischerweise kleiner als die kapillare Länge sind, was sie messtechnisch nur schwer zugänglich macht. Die vorliegende Arbeit widmet sich eben dieser Hindernisse und deren Bewältigung. Gegenstand der Untersuchungen sind auf ein unbeheiztes Substrat aufgesetzte reine Wassertropfen. Die Temperaturentwicklung ist während der Verdunstung an den Grenzflächen gemessen worden. Um die benötigte hohe örtliche und thermometrische Auflösung zu garantieren, sind zwei Messtechniken kombiniert worden, die die simultane Temperaturmessung an der Tropfenkappe, der Dreiphasenkontaktlinie und dem Tropfenfußzentrum ermöglichen. Mit einerInfrarotkamera wird von unten durch das Substrat hindurch die Flüssigkeit/Substrat-Grenzfläche vermessen. Gleichzeitig wird ein Mikrothermoelement von oben in die Tropfenkappe getaucht. Das Mikrothermoelement benötigt den Kontakt mit dem Tropfen. Dadurch, dass es in Eigenbau hergestellt wurde, konnte die Messspitze dünner als bei jedem konventionellen Thermoelement gestaltet werden. Der verfälschenden Einfluss der Messtechnik auf die Verdunstungsdynamik eines Tropfens wird so auf ein Minimum reduziert. Ein weiterer Vorteil des Eigenbaus ist, dass die Position der Messstelle genau bekannt ist. Komplett optische Messtechniken, die auch die berührungslose Untersuchung der Flüssigkeit/Gas-Grenzfläche erlauben, sind ebenfalls entwickelt worden. Erste Vorversuche bestätigen das Potential und die prinzipielle Machbarkeit. Die Einflüsse der Luftfeuchte sowie der Wärmetransporteigenschaften des Substrats sind bestimmt worden. Die Verdunstungsrate ist für Tropfen in trockenerer Luft höher. Für Tropfen auf dem Substrat mit den geringeren Wärmetransporteigenschaften ist sie niedriger. In beiden Fällen ist die Abkühlung der Tropfen verglichen mit ihren jeweiligen Pendants aber höher. Der Diffusionswiderstand ist demnach der dominierende Widerstand im System. Aus den lokal gemessenen Temperaturen werden zusätzlich die Strömungsgeschwindigkeiten im Tropfeninnern abgeschätzt. Es sind keine partikelbeladene Tropfen oder Kaffeefleckenmuster untersucht worden, nur Reinstoffe. Aus den berechneten Geschwindigkeiten kann abgeleitet werden, dass die nach außen gerichteten hydrodynamischen Kräfte auf die Partikel bei langsamerer Verdunstung niedriger sind. Daher wird sich ein weniger stark ausgeprägter Ring bilden. Luftfeuchte und Wärmetransporteigenschaften im hier untersuchten Rahmen können einen ringförmigen Fleck zwar quantitativ verändern, aber nicht qualitativ. Ob Marangoni-Strömungen in Wasser auftreten, ist ein kontrovers diskutiertes Thema in der Literatur, bis heute ohne Konsens. Marangoni-Strömungen können entweder als solutokapillare oder thermokapillare Strömungen auftreten. In reinem Wasser sind nur thermokapillare Strömungen möglich, in Mischungen treten zusätzlich solutokapillare auf. Der Vergleich der Temperaturfelder in binären Mischungen mit denen in Wasser lässt darauf schließen, dass in Wasser keine thermokapillaren Strömungen auftreten und die in der Literatur beobachteten Strömungen durch Partikel im Tropfen induziert werden

A XMM-Newton observation of Nova LMC 1995, a bright supersoft X-ray source

Nova LMC 1995, previously detected during 1995-1998 with ROSAT, was observed again as a luminous supersoft X-ray source with XMM-Newton in December of 2000. This nova offers the possibility to observe the spectrum of a hot white dwarf, burning hydrogen in a shell and not obscured by a wind or by nebular emission like in other supersoft X-ray sources. Notwithstanding uncertainties in the calibration of the EPIC instruments at E<0.5 keV, using atmospheric models in Local Thermonuclear Equilibrium we derived T(eff)=400,000-450,000 K, L(bol)=2.3 x 110(-14) 0(37) erg cm(-2) s(-1) and we verified that the C abundance is not significantly enhanced. The RGS spectra do not show emission lines of a wind or nebula, but the white dwarf absorption lines cannot be resolved. The upper limit to the flux in the 0.6-10 keV range is 10(-14) erg cm(-2) s(-1). There is no rapid or large variability in the light curve, but we find a peak at 5.25 hours in the power spectrum.Comment: Accepted to appear in the Astrophysical Journa

FUSE Observations of a Full Orbit of Hercules X-1: Signatures of Disk, Star, and Wind

We observed an entire 1.7 day orbit of the X-ray binary Hercules X-1 with the Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (FUSE). Changes in the O VI 1032,1037 line profiles through eclipse ingress and egress indicate a Keplerian accretion disk spinning prograde with the orbit. These observations may show the first double-peaked accretion disk line profile to be seen in the Hercules X-1 system. Doppler tomograms of the emission lines show a bright spot offset from the Roche lobe of the companion star HZ Her, but no obvious signs of the accretion disk. Simulations show that the bright spot is too far offset from the Roche lobe to result from uneven X-ray heating of its surface. The absence of disk signatures in the tomogram can be reproduced in simulations which include absorption from a stellar wind. We attempt to diagnose the state of the emitting gas from the C III 977, C III 1175, and N III 991 emission lines. The latter may be enhanced through Bowen fluorescence.Comment: Accepted for publication in The Astrophysical Journa

KIC 9406652: An Unusual Cataclysmic Variable in the Kepler Field of View

KIC 9406652 is a remarkable variable star in the Kepler field of view that shows both very rapid oscillations and long term outbursts in its light curve. We present an analysis of the light curve over quarters 1 to 15 and new spectroscopy that indicates that the object is a cataclysmic variable with an orbital period of 6.108 hours. However, an even stronger signal appears in the light curve periodogram for a shorter period of 5.753 hours, and we argue that this corresponds to the modulation of flux from the hot spot region in a tilted, precessing disk surrounding the white dwarf star. We present a preliminary orbital solution from radial velocity measurements of features from the accretion disk and the photosphere of the companion. We use a Doppler tomography algorithm to reconstruct the disk and companion spectra, and we also consider how these components contribute to the object's spectral energy distribution from ultraviolet to infrared wavelengths. This target offers us a remarkable opportunity to investigate disk processes during the high mass transfer stage of evolution in cataclysmic variables.Comment: 31 pages, 13 figures, accepted for Ap