Simulations of fully convective M dwarfs: dynamo action with varying magnetic Prandtl numbers

Abstract

Las enanas M son estrellas de secuencia principal de baja masa, el tipo de estrella más numeroso en el vecindario solar conocidas por tener actividad magnética. El objetivo de este trabajo es explorar las soluciones de dínamo y los campos magnéticos de enanas M completamente convectivas con diferente número magnético de Prandtl Ργμ, y con un período de rotación (Prot) intermedio de 43 días. Se sabe que Ργμ juega un papel importante en la acción del dínamo; dínamos para bajos Ργμ y altos Ργμ tienen propiedades muy diferentes. Usamos simulaciones numéricas magnetohidrodinámicas (MHD) tridimensionales con el modelo “star-in-a-box” usando parámetros estelares para una enana M5 con 0.21Mj. Encontramos que las soluciones del dínamo son sensibles al Ργμ, que es equivalente al número magnético de Reynolds ReM· Las simulaciones con este periodo de rotación presentan ciclos periódicos del campo magnético a gran escala para Ργμ < 2; para valores más altos los ciclos desaparecen y muestran inversiones irregulares del campo. Nuestros resultados son consistentes con estudios previos y sugieren que los dínamos que operan en estrellas completamente convectivas se comportan de manera similar a los que operan en estrellas parcialmente convectivas.

M dwarfs are low-mass main-sequence stars, the most numerous type of stars in the solar neighbourhood, which are known to have significant magnetic activity. The aim of this work is to explore the dynamo solutions and magnetic fields of fully convective M dwarfs with varying magnetic Prandtl numbers Ργμ, and a rotation period (Prot) of 43 days. Ργμ is known to play an important role in the dynamo action; dynamos for Iow-Ργμ and large-PrM have very different properties. We performed three-dimensional magnetohydrodynamical (MHD) numerical simulations with the “star-in-a-box” model using stellar parameters for an M5 dwarf with 0.2ΊΛ/. . We found that the dynamo solutions are sensitive to Ργμ· The simulations at this rotation period present periodic cycles of the large-scale magnetic field up to Ργμ &lt; 2; for higher values the cycles disappear and irregular solutions to arise. Our results are consistent with previous studies and suggest that the dynamos operating in fully convective stars behave similarly as those in partially convective stars.