Abstract
In this review, we discuss whether the present solar dynamo models can be extrapolated to explain various aspects of stellar activity. We begin with a summary of the following kinds of data for solar-like stars: (i) data pertaining to stellar cycles from Ca H/K emission over many years; (ii) X-ray data indicating hot coronal activity; (iii) starspot data (especially about giant polar spots); and (iv) data pertaining to stellar superflares. Then we describe the current status of solar dynamo modelling—giving an introduction to the flux transport dynamo model, the currently favoured model for the solar cycle. While an extrapolation of this model to solar-like stars can explain some aspects of observational data, some other aspects of the data still remain to be theoretically explained. It is not clear right now whether we need a different kind of dynamo mechanism for stars having giant starspots or producing very strong superflares.
Similar content being viewed by others
References
D. Maoz, Astrophysics in a Nutshell (Princeton University Press, Princeton, 2007).
A. R. Choudhuri, Astrophysics for Physicists (Cambridge University Press, Cambridge, 2010).
G. Galileo, History and Demonstration Concerning Sunspots (work based on the Three Letters on Sunspots, Roma, 1613).
G. E. Hale, Astrophys. J. 28, 315 (1908).
S. H. Schwabe, Astron. Nachr. 21, 233 (1844).
B. Edlen, Zeits. f. Astroph. 22, 30 (1943).
B. C. Low, Sci. China-Phys. Mech. Astron. 58, 015201 (2015).
R. C. Carrington, Mon. Not. R. Astron. Soc. 20, 13 (1859).
C. J. Schrijver, and C. Zwaan, Solar and Stellar Magnetic Activity (Cambridge University Press, Cambridge, 2000).
J. H. Thomas, and N. O. Weiss, Sunspots and Starspots (Cambridge University Press, Cambridge, 2008).
A. S. Brun, R. A. Garcia, G. Houdek, D. Nandy, and M. Pinsonneault, Space Sci. Rev. 196, 303 (2015).
D. P. Choudhary, and K. G. Strassmeier, Physics of Sun and Star Spots—IAU Symposium 273 (Cambridge University Press, Cambridge, 2011).
C. H. Mandrini, and D. F. Webb, Comparative Magnetc Minima: Characterizing Quiet Times in the Sun and Stars—IAU Symposium 286 (Cambridge University Press, Cambridge, 2012).
G. Eberhard, and K. Schwarzschild, Astrophys. J. 38, 292 (1913).
O. C. Wilson, and M. K. V. Bappu, Astrophys. J. 125, 661 (1957).
J. C. Hall, Living Rev. Solar Phys. 5, 2 (2008).
O. C. Wilson, Astrophys. J. 226, 379 (1976).
S. L. Baliunas, R. A. Donahue, W. H. Soon, J. H. Horne, J. Frazer, L. Woodard-Eklund, M. Bradford, L. M. Rao, O. C. Wilson, Q. Zhang, W. Bennett, J. Briggs, S. M. Carroll, D. K. Duncan, D. Figueroa, H. H. Lanning, T. Misch, J. Mueller, R. W. Noyes, D. Poppe, A. C. Porter, C. R. Robinson, J. Russell, J. C. Shelton, T. Soyumer, A. H. Vaughan, and J. H. Whitney, Astrophys. J. 438, 269 (1995).
A. H. Vaughan, and G. W. Preston, Publ. Astron. Soc. Pacific 92, 385 (1980).
R. W. Noyes, L. W. Hartmann, S. L. Baliunas, D. K. Duncan, and A. H. Vaughan, Astrophys. J. 279, 763 (1984).
A. Skumanich, Astrophys. J. 171, 565 (1972).
R. W. Noyes, N. O. Weiss, and A. H. Vaughan, Astrophys. J. 287, 769 (1984).
S. H. Saar, and A. Brandenburg, Astrophys. J. 524, 295 (1999).
R. Pallavicini, L. Golub, R. Rosner, G. S. Vaiana, T. Ayres, and J. L. Linsky, Astrophys. J. 248, 279 (1981).
C. J. Schrijver, A. K. Dobson, and R. R. Radick, Astrophys. J. 258, 432 (1992).
N. Pizzolato, A. Maggio, G. Micela, S. Sciortino, and P. Ventura, Astron. Astrophys. 397, 147 (2003).
N. J. Wright, J. J. Drake, E. E. Mamajek, and G. W. Henry, Astrophys. J. 743, 48(2011).
S. S. Vogt, and G. D. Penrod, Publ. Astron. Soc. Pacific 95, 565 (1983).
K. G. Strassmeier, Astron. Astrophys. 347, 225 (1999).
A. Künstler, T. A. Carroll, and K. G. Strassmeier, Astron. Astrophys. 578, 101 (2015).
J.-F. Donati, M. Semel, B. D. Carter, D. E. Rees, and A. Collier Cameron, Mon. Not. R. Astron. Soc. 291, 658 (1997).
S. V. Berdyugina, Living Rev. Solar Phys. 2, 8 (2005).
K. G. Strassmeier, Ann. Rev. Astron. Astrophys. 17, 251 (2009).
A. Reiners, Living Rev. Solar Phys. 8, 1 (2012).
J. R. Barnes, A. Collier Cameron, J.-F. Donati, D. J. James, S. C. Marsden, and P. Petit, Mon. Not. R. Astron. Soc. 357, L1 (2005).
S. V. Berdyugina, and I. Tuominen, Astron. Astrophys. 336, L25 (1998).
D. Elstner, and H. Korhonen, Astron. Nachr. 326, 278 (2005).
B. E. Schaefer, J. R. King, and C. P. Deliyannis, Astrophys. J. 529, 1026 (2000).
H. Maehara, T. Shibayama, S. Notsu, Y. Notsu, T. Nagao, S. Kusaba, S. Honda, D. Nogami, and K. Shibata, Nature 485, 478 (2012).
K. Shibata, H. Isobe, A. Hillier, A. R. Choudhuri, H. Maehara, T. T. Ishii, T. Shibayama, S. Notsu, Y. Notsu, T. Nagao, S. Honda, and D. Nogami, Publ. Astron. Soc. Japan 65, 49 (2013).
B. T. Tsurutani, W. D. Gonzalez, G. S. Lakhina, and S. Alex, J. Geophys. Res. A 108, 1268 (2003).
G. E. Hale, F. Ellerman, S. B. Nicholson, and A. H. Joy, Astrophys. J. 49, 153 (1919).
H. W. Babcock, and H. D. Babcock, Astrophys. J. 121, 349 (1955).
S. Tsuneta, K. Ichimoto, Y. Katsukawa, B. W. Lites, K. Matsuzaki, S. Nagata, D. Orozco Suarez, T. Shimizu, M. Shimojo, R. A. Shine, Y. Suematsu, T. K. Suzuki, T. D. Tarbell, and A. M. Title, Astrophys. J. 688, 1374 (2008).
S. Chandrasekhar, Phil. Mag. 43, 501 (1952).
N. O. Weiss, J. Fluid Mech. 108, 247 (1981).
E. N. Parker, Astrophys. J. 122, 293 (1955).
D. H. Hathaway, Living Rev. Solar Phys. 7, 1 (2010).
A. R. Choudhuri, The Physics of Fluids and Plasmas: An Introduction for Astrophysicists (Cambridge University Press, Cambridge, 1998).
J. Schou, H. M. Antia, S. Basu, R. S. Bogart, R. I. Bush, S. M. Chitre, J. Christensen-Dalsgaard, M. P. Di Mauro, W. A. Dziembowski, A. Eff-Darwich, D. O. Gough, D. A. Haber, J. T. Hoeksema, R. Howe, S. G. Korzennik, A. G. Kosovichev, R. M. Larsen, F. P. Pijpers, P. H. Scherrer, T. Sekii, T. D. Tarbell, A. M. Title, M. J. Thompson, and J. Toomre, Astrophys. J. 505, 390 (1998).
E. N. Parker, Astrophys. J. 121, 491 (1955).
E. N. Parker, Astrophys. J. 198, 205 (1975).
F. Moreno-Insertis, Astron. Astrophys. 122, 241 (1983).
H. C. Spruit, Astron. Astrophys. 98, 155 (1981).
A. R. Choudhuri, Astron. Astrophys. 239, 335 (1990).
A. R. Choudhuri, and P. A. Gilman, Astrophys. J. 316, 788 (1987).
A. R. Choudhuri, Solar Phys. 123, 217 (1989).
S. D’Silva, and A. R. Choudhuri, Astron. Astrophys. 272, 621 (1993).
Y. Fan, G. H. Fisher, and E. E. DeLuca, Astrophys. J. 405, 390 (1993).
P. Caligari, F. Moreno-Insertis, and M. Schüssler, Astrophys. J. 441, 886 (1995).
A. R. Choudhuri, and S. D’Silva, Astron. Astrophys. 239, 326 (1990).
S. Z. D’Silva, and A. R. Choudhuri, Solar Phys. 136, 201 (1991).
M. Steenbeck, F. Krause, and K.-H. Radler, Z. Naturforsch. 21a, 1285 (1966).
H. W. Babcock, Astrophys. J. 133, 572 (1961).
R. B. Leighton, Astrophys. J. 156, 1 (1969).
A. R. Choudhuri, M Schüssler, and M Dikpati, Astron. Astrophys. 303, L29 (1995).
Y.-M. Wang, A. G. Nash, and N. R. Sheeley, Astrophys. J. 347, 529 (1989).
M. Dikpati, and A. R. Choudhuri, Astron. Astrophys. 291, 975 (1994).
M. Dikpati, and A. R. Choudhuri, Solar Phys. 161, 9 (1995).
A. R. Choudhuri, and M. Dikpati, Solar Phys. 184, 61 (1999).
Y.-M. Wang, N. R. Sheeley, and A. G. Nash, Astrophys. J. 383, 431 (1991).
B. R. Durney, Solar Phys. 160, 213 (1995).
D. Nandy, and A. R. Choudhuri, Science 296, 1671 (2002).
P. Chatterjee, D. Nandy, and A. R. Choudhuri, Astron. Astrophys. 427, 1019 (2004).
J. Zhao, R. S. Bogart, A. G. Kosovichev, T. L. Duvall, and T. Hartlep, Astrophys. J. 774, L29 (2013).
S. P. Rajaguru, and H. M. Antia, Astrophys. J. 813, 114 (2015).
G. Hazra, B. B. Karak, and A. R. Choudhuri, Astrophys. J. 782, 93 (2014).
A. R. Choudhuri, Pramana 77, 77 (2011).
P. Charbonneau, Ann. Rev. Astron. Astrophys. 52, 251 (2014).
B. B. Karak, J. Jiang, M. S. Miesch, P. Charbonneau, and A. R. Choudhuri, Space Sci. Rev. 186, 561 (2014).
P. Charbonneau, G. Beaubien, and C. St-Jean, Astrophys. J. 658, 657 (2007).
A. R. Choudhuri, Astron. Astrophys. 253, 277 (1992).
D. Longcope, and A. R. Choudhuri, Solar Phys. 205, 63 (2002).
A. R. Choudhuri, P. Chatterjee, and J. Jiang, Phys. Rev. Lett. 98, 131103 (2007).
J. Jiang, P. Chatterjee, and A. R. Choudhuri, Mon. Not. R. Astron. Soc. 381, 1527 (2007).
B. B. Karak, and A. R. Choudhuri, Mon. Not. R. Astron. Soc. 410, 1503 (2011).
A. R. Choudhuri, and B. B. Karak, Phys. Rev. Lett. 109, 171103 (2012).
B. B. Karak, and A. R. Choudhuri, Res. Astron. Astrophys. 13, 1339 (2013).
A. R. Choudhuri, Indian J. Phys. 88, 877 (2014).
R. Kippenhahn, Astrophys. J. 137, 664 (1963).
L. L. Kitchatinov, in Proceedings of the First Asia-Pacific Solar Physics Meeting, edited by A. R. Choudhuri, and D. Banerjee (Indian Institute of Astrophysics, Bangalore, 2011), p. 71.
L. L. Kitchatinov, in Solar and Astrophysical Dynamos and Magnetic Activity—IAU Symposium 294, edited by A. G. Kosovichev, E. de Gouveia Dal Pino, and Y. Yan (IAU, Beijing, 2013), p. 399.
L. L. Kitchatinov, and G. Rüdiger, Astron. Astrophys. 299, 446 (1995).
L. Jouve, B. P. Brown, and A. S. Brun, Astron. Astrophys. 509, 32 (2010).
B. B. Karak, L. L. Kitchatinov, and A. R. Choudhuri, Astrophys. J. 791, 59 (2014).
L. L. Kitchatinov, and S. V. Olemskoy, Mon. Not. R. Astron. Soc. 411, 1059(2011).
B. B. Karak, P. J. Kapyla, M. J. Kapyla, A. Brandenburg, N. Olspert, and J. Pelt, Astron. Astrophys. 576, 26 (2015).
N. J. Wright, and J. J. Drake, Nature 535, 526 (2016).
B. R. Durney, D. S. De Young, and I. W. Roxburgh, Solar Phys. 145, 207 (1993).
W. Dobler, M. Stix, and A. Brandenburg, Astrophys. J. 638, 336 (2006).
M. K. Browning, Astrophys. J. 676, 1262 (2008).
Y. Fan, Living Rev. Solar Phys. 1, 1 (2004).
M. Schüssler, and S. K. Solanki, Astron. Astrophys. 264, L13 (1992).
M. Schussler, P. Caligari, A. Ferriz-Mas, S. K. Solanki, and M. Stix, Astron. Astrophys. 314, 503 (1996).
E. Isik, D. Schmitt, and M. Schüssler, Astron. Astrophys. 528, 135 (2011).
L. L. Kitchatinov, and S. V. Olemskoy, Mon. Not. R. Astron. Soc. 459, 4353 (2015).
L. Mestel, Stellar Magnetism (Clarendon Press, Oxford, 1999).
J.-F. Donati, and J. D. Landstreet, Ann. Rev. Astron. Astrophys. 47, 333 (2009).
A. R. Choudhuri, and S. Konar, Mon. Not. R. Astron. Soc. 332, 933 (2002).
S. Konar, and A. R. Choudhuri, Mon. Not. R. Astron. Soc. 348, 661 (2004).
V. See, M. Jardine, A. A. Vidotto, J.-F. Donati, S. Boro Saikia, J. Bouvier, R. Fares, C. P. Folsom, S. G. Gregory, G. Hussain, S. V. Jeffers, S. C. Marsden, J. Morin, C. Moutou, J. D. do Nascimento, P. Petit, and I. A. Waite, Mon. Not. R. Astron. Soc. 462, 4442 (2016).
A. R. Choudhuri, and G. Hazra, Adv. Space Res. 58, 1560 (2016).
A. R. Yeates, and A. Munoz-Jaramillo, Mon. Not. R. Astron. Soc. 436, 3366 (2013).
M. S. Miesch, and M. Dikpati, Astrophys. J. 785, L8 (2014).
G. Hazra, A. R. Choudhuri, and M. S. Miesch, arXiv: 1610.02726.
B. P. Brown, M. K. Browning, A. S. Brun, M. S. Miesch, and J. Toomre, Astrophys. J. 711, 424 (2010).
M. Ghizaru, P. Charbonneau, and P. K. Smolarkiewicz, Astrophys. J. 715, L133 (2010).
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Choudhuri, A.R. Starspots, stellar cycles and stellar flares: Lessons from solar dynamo models. Sci. China Phys. Mech. Astron. 60, 019601 (2017). https://doi.org/10.1007/s11433-016-0413-7
Received:
Accepted:
Published:
DOI: https://doi.org/10.1007/s11433-016-0413-7