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ANÁLISES ESPECTROSCÓPICAS DE ESTRELAS HOSPEDEIRAS DE PLANETAS KEPLER 2 E DE ESTRELAS DO AGLOMERADO ABERTO NGC 6705: CARACTERIZAÇÃO E ATIVIDADE ESTELAR, RAIOS PLANETÁRIOS E ABUNDÂNCIAS QUÍMICAS

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dc.creator TACURI, VERONICA LOAIZA
dc.contributor.advisor1 CUNHA, KATIA
dc.date.accessioned 2024-07-03T19:11:30Z
dc.date.issued 2024-02-02
dc.identifier.citation TACURI, VERONICA LOAIZA. ANÁLISES ESPECTROSCÓPICAS DE ESTRELAS HOSPEDEIRAS DE PLANETAS KEPLER 2 E DE ESTRELAS DO AGLOMERADO ABERTO NGC 6705: CARACTERIZAÇÃO E ATIVIDADE ESTELAR, RAIOS PLANETÁRIOS E ABUNDÂNCIAS QUÍMICAS. 2024, com 158 páginas da Tese - Observatório Nacional, Observatório Nacional. por
dc.identifier.uri http://localhost:8080/tede/handle/tede/162
dc.description.resumo Nesta tese apresentamos um estudo espectroscópico de 201 estrelas de tipos F, G e K que hospedam exoplanetas descobertos pela missão Kepler e Kepler 2 (K2). Analisamos duas amostras, uma contendo 81 estrelas de K2 e 33 da Kepler, cujos espectros foram obtidos com o espectrógrafo Hydra (R ~ 18.500) montado no telescópio WIYN de 3,5 m e cobrindo uma faixa espectral de 6050 a 6350 Å, e outra, contendo 86 estrelas K2, cujos espectros Echelle foram obtidos pelo programa California Planet Search (CPS) observados com o espectrógrafo HIRES (R ~ 60.000) no telescópio Keck I de 10 m, abrangendo uma faixa espectral de aproximadamente 3600 a 8000 Å. Determinamos as temperaturas efetivas (Tef), gravidades superficiais (log g) e metalicidades ([Fe/H]) para todas as estrelas adotando a metodologia espectroscópica que se baseia em medidas de larguras equivalentes e nos equilíbrios de excitação e ionização das linhas de Fe I e Fe II. Os cálculos foram realizados em ETL, usando os modelos de atmosferas de Kurucz e o pacote qoyllur-quipu (q2) que utiliza o código de transferência radiativa MOOG. Construímos uma lista de linhas de Fe I e II adequada para a análise dos espectros Hydra, composta por 25 linhas de Fe I e 5 linhas de Fe II. A lista de linhas utilizada para a análise dos espectros do HIRES contém 61 linhas de Fe I e 13 linhas de Fe II, notando que esta lista não inclui linhas consideradas na literatura como sendo sensíveis a campos magnéticos. As massas e raios estelares para as estrelas da amostra foram determinados combinando os parâmetros estelares (Tef e [Fe/H]), a magnitude V e as paralaxes do Gaia DR3 através do método das isócronas. Os raios estelares medidos apresentam uma precisão interna mediana de 4,2% para a amostra Hydra e 4,6% para a amostra HIRES, resultando em uma incerteza interna mediana de 4,4% e 2,6% nos raios planetários derivados, respectivamente. A distribuição dos raios planetários das amostras Hydra e HIRES para planetas confirmados pequenos revelou o bem conhecido "vale do raio", havendo uma ausência de planetas com raios em torno de Rplanet ~ 1,9 R⊕, o que não seria observado se nossos resultados apresentassem baixa precisão interna. Para a amostra do Hydra, foram exploradas relações entre o raio planetário, o período orbital e a metalicidade. Encontramos que a metalicidade das estrelas K2 aumenta com o raio planetário, tornando-se mais evidente na transição de planetas menores (<4,4 R⊕) para planetas maiores (>4,4 R⊕). Além disso, observou-se que a mediana da metalicidade das estrelas K2 que possuem planetas com P < 10 dias é levemente mais rica em metais, enquanto que para planetas com P ≥ 10 dias é levemente mais pobre em metais. Para a amostra do HIRES, a atividade cromosférica foi medida em 725 espectros correspondentes a 144 estrelas a partir das linhas de Ca II H (λ3968,47 Å) e K (λ3933,66 Å), utilizando o índice S_HK do Monte Wilson; os valores de S_HK também foram convertidos para o indicador de atividade cromosférica log R'_HK. Os valores de log R'_HK foram investigados em função do período de rotação estelar (Prot), e observamos que a atividade cromosférica diminui com o aumento de Prot, embora haja uma grande dispersão em log R'_HK (aproximadamente 0,5 dex) para um dado Prot. A distribuição dos índices R'_HK em nossa amostra de estrelas anãs evidenciou uma escassez de estrelas F e G com níveis intermediários de atividade, conforme encontrado por estudos anteriores: a "lacuna Vaughan-Preston". Por fim, para as amostras Hydra e HIRES, investigou-se o efeito que a atividade estelar pode ter na obtenção dos parâmetros estelares, incluindo na análise linhas de Fe I que são dadas como sendo sensíveis ao campo magnético. Nossos resultados não indicam que haja diferenças significativas entre os resultados das análises sem incluir ou incluindo linhas sensíveis ao campo magnético. No entanto, notamos que as estrelas mais ativas (log R'_HK > -5,0) apresentam uma dispersão maior nas diferenças em Tef e [Fe/H] entre as duas análises. A segunda parte desta Tese consistiu em determinar as abundâncias químicas de 16 elementos (C, N, O, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co e Ni) em uma amostra de 11 estrelas gigantes vermelhas do aglomerado do disco galáctico NGC 6705. A análise é baseada em espectros do infravermelho próximo (1,51 - 1,70 μm) do levantamento APOGEE utilizando a técnica de síntese espectral. Os espectros sínteticos foram calculados em ETL utilizando modelos MARCS com geometria esférica com o código de transferência radiativa Turbospectrum. As temperaturas efetivas das estrelas da amostra foram determinadas por meio de calibrações fotométricas, e as gravidades superficiais foram obtidas a partir de equações fundamentais. Nossos resultados indicam que possivelmente sete estrelas da amostra pertencem ao ramo das gigantes vermelhas e quatro ao agrupamento vermelho. Encontramos uma metalicidade média para o aglomerado de ⟨[Fe/H]⟩ = +0,13 ± 0,04, indicando que o NGC 6705 é rico em metais, como esperado para um aglomerado jovem no disco interno da Galáxia. As gigantes vermelhas do NGC 6705 exibem baixas abundâncias de 12C (⟨[12C/Fe]⟩ = -0,16) e um enriquecimento de 14N (⟨[14N/Fe]⟩ = +0,51), que são assinaturas importantes da primeira dragagem do ramo das gigantes vermelhas. O NGC 6705 também fornece informações valiosas para o estudo da mistura estelar, dada sua massa 'turn-off' que é de aproximadamente M ~ 3,3 M⊙. Um resultado interessante dessa Tesa é a identificação de uma assinatura adicional de dragagem nas abundâncias de Na, que são enriquecidas de ⟨[Na/Fe]⟩ = +0,29, tendo uma correção não-LTE muito pequena. As abundâncias de 16O e Al foram encontradas próximas ao valor solar. Todas as abundâncias derivadas sensíveis à mistura são consistentes com modelos estelares de aproximadamente 3,3 M⊙ evoluindo ao longo do ramo das gigantes vermelhas e para o agrupamento vermelho. Resultados anteriores na literatura sugeriram que o jovem aglomerado aberto de disco interno NGC 6705 é enriquecido em elementos-α. Investigamos essa possibilidade por meio de uma análise independente da abundância química de cinco elementos-α (O, Mg, Si, Ca e Ti) e encontramos que abundância média dos elementos-α em relação ao ferro é ⟨[α/Fe]⟩ =-0,03 ± 0,05, o que não está em desacordo com as expectativas das tendências gerais de abundância do disco Galáctico. Estrelas hospedeiras; Abundâncias químicas; Atividade estelar; Exoplanetas; Aglomerado Aberto por
dc.description.abstract In this thesis we present a spectroscopic study of 201 stars of F-, G-, and K-type stars that host exoplanets discovered by the Kepler and Kepler 2 (K2) mission. We analyzed two samples, one containing 81 stars from K2 and 22 from Kepler, whose spectra were obtained with the Hydra spectrograph (R ~18,500) mounted on the WIYN 3.5 m telescope, covering the spectral range between 6050 to 6350 Å, and another, containing 86 K2 stars, whose Echelle spectra were obtained by the California Planet Search (CPS) program, observed with the HIRES spectrograph (R ~ 60,000) at the Keck I 10 m telescope and spanning the spectral range between approximately 3600 to 8000 Å. We determined the effective temperatures (Teff), surface gravities (log g), and metallicities ([Fe/H]) by adopting the spectroscopic methodology based on measurements of equivalent widths and the excitation and ionization equilibria of the Fe I and Fe II lines. The calculations were carried out in ETL, using the Kurucz atmospheric models and the qoyllur-quipu (q2) package which uses the MOOG radiative transfer code. We constructed a Fe I and II line list adequate for the analysis of Hydra spectra, consisting of 25 lines of Fe I and 5 lines of Fe II. The line list used to analyze HIRES spectra contains 61 lines of Fe I and 13 lines of Fe II, noting that this list does not include lines which are deemed as being sensitive to magnetic fields. Stellar masses and radii were derived by combining the stellar parameters (Teff and [Fe/H]) with Gaia DR3 parallaxes and V magnitudes using isochrones methods and q2 code. The measured stellar radii have a median internal precision of 4.2% for the Hydra sample and 4.6% for the HIRES sample, leading to a median internal uncertainty of 4.4% and 2.6% in the derived planetary radii, respectively. The distribution of planetary radii of the Hydra and HIRES samples for confirmed small planets revealed the well-known radius gap, with a dearth os planets with radii around Rplanet ~ 1.9 R⊕, what would not be observed if our results had lower internal precision. For the Hydra sample, relationships between planetary radius, orbital period, and metallicity were explored. We found that the metallicity of K2 stars increases with planetary radius, becoming more pronounced in the transition from smaller planets (<4.4 R⊕) to larger planets (>4.4 R⊕). Furthermore, it was observed that the median metallicity of K2 stars hosting planets with P < 10 days is slightly metal-rich, while for planets with P ≥ 10 days it is slightly metal-poor. For the HIRES sample, chromospheric activity was measured in 725 spectra corresponding to 144 stars from the Ca II H (λ3968.47 Å) and K (λ3933.66 Å) lines using the Mt. Wilson S_HK index; the S_HK values were also converted to the chromospheric activity indicator log R'_HK. Values of log R'_HK were investigated as a function of stellar rotational period (Prot), and we found that chromospheric activity decreases with increasing Prot, although there is a large scatter in log R'_HK (~0.5 dex) for a given Prot. The distribution of the R' HK indices in our sample of dwarf stars showed a lack of F and G stars with intermediate activity levels, as found by previous studies: the "Vaughan-Preston gap". Finally, for the Hydra and HIRES samples, we investigated the effect of stellar activity on the determination of stellar parameters, including magnetic field sensitive Fe I lines in the spectroscopic analysis. No significant differences were found between the analyses with and without magnetic field sensitive lines. However, it is noted that the most active stars (log R'_HK > -5.0) show a larger scatter in the differences in Teff and [Fe/H] between the two analyses. In the second part of this thesis we determined the chemical abundances of 16 elements (C, N, O, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, and Ni) in a sample of 11 red giant stars from the Galactic disk cluster NGC 6705. The analysis was based on near-infrared spectra (1.51 - 1.70 μm) from the APOGEE survey using the spectral synthesis technique. The synthetic spectra were calculated in LTE using MARCS models with spherical geometry with the Turbospectrum radiative transfer code. The effective temperatures of the sample stars were determined using photometric calibrations, and the surface gravities were obtained from fundamental equations. Our results suggest that seven stars in the sample may belong to the red giant branch, while four may belong to the red clump. We find a mean cluster metallicity of ⟨[Fe/H]⟩ = +0.13 ± 0.04, indicating that NGC 6705 is metal-rich, as expected for a young cluster in the inner disk of the Galaxy. The red giants of NGC 6705 exhibit low 12C abundances (⟨[12C/Fe]⟩ = -0.16) and enhanced 14N abundances (⟨[14N/Fe]⟩ = +0.51), which are key signatures of the first dredge-up on the red giant branch. NGC 6705 also provides valuable insights for studying stellar mixing, given its turn-off mass of M ~ 3.3 M⊙. An interesting result from this detailed study of chemical abundances is the identification of an additional signature of dredge-up in the Na abundances, which are enriched with ⟨[Na/Fe]⟩ = +0.29, along with a very small non-LTE correction. The 16O and Al abundances are found to be near-solar. All derived mixing-sensitive abundances are consistent with stellar models of approximately 3.3 M⊙ evolving along the red giant branch and onto the red clump. Previous results in the literature have suggested that the young inner-disk open cluster NGC 6705 is α-enhanced. We have investigated this possibility via an independent chemical abundance analysis and found that the mean α-element abundance relative to iron is ⟨[α/Fe]⟩ = -0.03 ± 0.05, which is not at odds with expectations from general Galactic disc abundance trends. Previous results in the literature have found the young inner-disc open cluster NGC 6705 to be mildly α-enhanced. We examined this possibility via an independent chemical abundance analysis for 11 red-giant members of NGC 6705. The analysis is based on near-infrared APOGEE spectra and relies on LTE calculations using spherical model atmospheres and radiative transfer. We find a mean cluster metallicity of [Fe/H] = +0.13 ± 0.04, indicating that NGC 6705 is metal-rich, as may be expected for a young inner-disc cluster. The mean α-element abundance relative to iron is ⟨[α/Fe]⟩ = -0.03 ± 0.05, which is not at odds with expectations from general Galactic abundance trends. NGC 6705 also provides important probes for studying stellar mixing, given its turn-off mass of M ~ 3.3 solar masses. Its red giants have low 12C abundances ([12C/Fe] = -0.16) and enhanced 14N abundances ([14N/Fe] = +0.51), which are key signatures of the first dredge-up on the red giant branch. An additional signature of dredge-up was found in the Na abundances, which are enhanced by [Na/Fe] = +0.29, with a very small non-LTE correction. The 16O and Al abundances are found to be near-solar. All of the derived mixing-sensitive abundances are in agreement with stellar models of approximately 3.3 solar masses evolving along the red giant branch and onto the red clump. As found in young open clusters with similar metallicities, NGC 6705 exhibits a mild excess in the s-process element cerium with [Ce/Fe] = +0.13 ± 0.07. Host-stars; Chemical abundances; Stellar activity; Exoplanets; Open cluster eng
dc.description.provenance Submitted by Christianne Baptista (christiannegarnier@on.br) on 2024-07-03T19:11:30Z No. of bitstreams: 1 Verônica Loaiza Tacuri.pdf: 12411240 bytes, checksum: 994c77c64f72a671d3b1bb8e58a09e57 (MD5) eng
dc.description.provenance Made available in DSpace on 2024-07-03T19:11:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Verônica Loaiza Tacuri.pdf: 12411240 bytes, checksum: 994c77c64f72a671d3b1bb8e58a09e57 (MD5) Previous issue date: 2024-02-02 eng
dc.description.sponsorship Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES por
dc.format application/pdf *
dc.language por por
dc.publisher Observatorio Nacional por
dc.publisher.department Divisão de Programas de Pós-Graduação - DIPPG por
dc.publisher.country Brasil por
dc.publisher.initials ON por
dc.publisher.program Programa de Pós-Graduação em Astronomia por
dc.rights Acesso Aberto por
dc.subject Estrelas hospedeiras;Abundâncias químicas;Atividade estelar;Exoplanetas;Aglomerado Aberto por
dc.subject.cnpq ASTRONOMIA::ASTROFISICA ESTELAR por
dc.title ANÁLISES ESPECTROSCÓPICAS DE ESTRELAS HOSPEDEIRAS DE PLANETAS KEPLER 2 E DE ESTRELAS DO AGLOMERADO ABERTO NGC 6705: CARACTERIZAÇÃO E ATIVIDADE ESTELAR, RAIOS PLANETÁRIOS E ABUNDÂNCIAS QUÍMICAS por
dc.type Tese por


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