A spectroscopic study of the nearby late-type stellar population: Properties of members of stellar kinematic groups and stars with circumstellar dusty debris discs

• Autores: Jesús Maldonado Prado
• Directores de la Tesis: Carlos Eiora de San Francisco (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2012
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Estudio espectroscópico de la población estelar fría cercana: Propiedades de estrellas en grupos cinemáticos estelares y de estrellas con discos circunestelares de tipo debris
• Tribunal Calificador de la Tesis: Ignasi Ribas (presid.), Aurora Sicilia Aguilar (secret.), Carlos Allende Prieto (voc.), Ralf Launhardt (voc.), Didier Queloz (voc.)
• Materias:
  • Astronomía y astrofísica
    • Cosmología y cosmogonía
      • Estrellas
    • Astronomía óptica
      • Espectroscopia
    • Planetología
      • Planetas
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen

  • Entender la formación y evolución de las estrellas y los sistemas planetarios es uno de los mayores retos de la Astrofísica moderna. Las estrellas de la secuencia principal y tipo espectral tardío presentan unas propiedades similares a la de nuestro Sol y, a consecuencia de ello, a menudo son incluidas en programas destinados a la búsqueda de exo-planetas y discos circunestelares de tipo debris similares a la luz zodical o al cinturón de Kuiper en el Sistema Solar. Las estrellas más cercanas presentan la ventaja adicional de poder ser observadas en alta resolución lo que permite la determinación precisa de sus características. En este trabajo se presentan los resultados de un estudio basado en espectros ópticos de alta resolución de una muestra de estrellas cercanas (distancia inferior a 25 pc), de clase secuencia-principal y tipo espectral tardío (F,G,K). El hilo conductor de esta disertación es la caracterización espectroscópica de la población fría cercana, en particular la de las estrellas que albergan discos circunestelares de tipo debris.

    Los discos circunestelares evolucionan con el tiempo, por tanto, en primer lugar, se aborda el problema de obtener edades precisas en estrellas de tipo solar. Las estrellas jóvenes son identificadas a partir de su cinemática y posible pertenencia a grupos cinemáticos estelares. Para ello, se calculan velocidades radiales usando la técnica de la correlación cruzada y las componentes galácticas de la velocidad. La juventud de las estrellas seleccionadas por su cinemática es confirmada o rechazada mediante el análisis de sus abundancias de litio, períodos de rotación, así como de sus niveles de emisión cromosférica y coronal. Nuestros resultados muestran que aproximadamente un 25% de las estrellas analizadas muestran una cinemática que permite agruparlas como miembros de alguno de los grupos cinemáticos conocidos. No obstante, al aplicar los criterios de edad, la mayoría de estas estrellas son demasiado viejas para formar parte de dichos grupos y sólo un 26% de los candidatos son clasificados como miembros probables de algún grupo cinemático.

    A continuación, se analiza si existe algún tipo de correlación entre los discos debris y las propiedades de las estrellas, en particular con la edad estelar y la metalicidad. Los parámetros estelares básicos de las estrellas son calculados midiendo la anchura equivalente de una selección de líneas aisladas de Fe I y Fe II, aplicando las condiciones de equilibrio de ionización y excitación. El estudio se completa con datos de la literatura para las estrellas con discos debris no observadas. Los resultados muestran que la distribución de metalicidad de las distintas muestras analizadas presentan una transición hacia metalicidades más altas, desde las estrellas sin discos debris ni planetas hacia las estrellas con planetas gigantes. Las estrellas con discos debris muestran una distribución de metalicidad similar a la de las estrellas sin discos. Por otro lado, las estrellas con discos y planetas muestran un comportamiento similar al de las estrellas que albergan planetas. Estos resultados pueden explicarse mediante modelos de formación de planetas que implican la acrección de material. Se encuentra que los planetas alrededor de estrellas con discos debris son mayoritariamente fríos. Los datos sugieren que las estrellas con debris y planetas fríos gigantes tienden a mostrar bajos valores de la luminosidad del polvo. Además, parece existir una anticorrelación entre la luminosidad del polvo y la excentricidad del planeta más cercano a la estrella. Estas tendencias podrían ser explicadas por simulaciones recientes de inestabilidades dinámicas producidas por la presencia de planetas gigantes.

    Para poder confirmar las tendencias encontradas, sería necesario el análisis de muestras más amplias, esto es, detectar más discos debris y planetas. Por tanto, en esta tesis, se discute también la posibilidad de buscar discos debris más fríos y menos luminosos usando las nuevas capacidades que ofrece el Telescopio Espacial Herschel. Este trabajo fue motivado como una actividad preparatoria para el proyecto DUNES (DUst around NEarby Stars), un proyecto clave para Herschel con el objetivo de detectar discos circunestelares de tipo debris con excesos infrarrojos tan bajos como el exceso debido al cinturón de Edgeworth-Kuiper. Se analiza en detalle la predicción de flujos fotosféricos en el infrarrojo lejano, las distintas fuentes de incertidumbre y su influencia en la detección de un posible disco: i) la elección del modelo de atmósfera estelar (ATLAS9, PHOENIX, MARCS); ii) incertidumbres en los parámetros estelares de las estrellas; y iii) la elección de los puntos fotométricos que se utilizan para normalizar el modelo a la distribución espectral de energía observada. Como aplicación, se obtienen flujos en las longitudes de onda de Herschel para las estrellas DUNES.