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???metadata.dc.type???: Tese
Title: PARÂMETROS ATMOSFÉRICOS E CAMPOS MAGNÉTICOS DE ESTRELAS ANÃS M OBSERVADAS PELO LEVANTAMENTO APOGEE
???metadata.dc.creator???: CARNEIRO WANDERLEY, FABIO
???metadata.dc.contributor.advisor1???: CUNHA, KATIA
???metadata.dc.description.resumo???: Nesta tese apresentamos um estudo espectroscópico de estrelas anãs M a partir de análise de espectros de alta-resolução (R$\sim$22.500) SDSS/APOGEE no infravermelho próximo (1,514--1,696 $\mu$m). A modelagem espectral é realizada a partir do método de síntese espectral, considerando modelos MARCS em ETL, a lista de linhas APOGEE DR17, e o códigos de transferência radiativa Turbospectrum. Estudamos 48 estrelas anãs M do aglomerado das Híades, e obtivemos uma metalicidade mediana para o aglomerado de [M/H]=0,09$\pm$0,03, o que está em acordo com estudos no óptico para estrelas gigantes vermelhas do aglomerado, e concorda com a premissa de homogeneidade química de aglomerados abertos. Determinamos para a amostra estudada das Híades uma inflação de raio mediana entre 1,6$\%$ e 2,4$\%$, que pode ser explicada por uma cobertura de manchas de até $\sim$40$\%$. Determinamos campos magnéticos para 62 estrelas anãs M do aglomerado aberto das Plêiades, a partir da modelagem de quatro linhas de Fe I sensíveis a campos magnéticos e mensuráveis no intervalo de temperaturas efetivas entre 3400 K $\lesssim$ T$_{\rm eff} \lesssim$4000 K, utilizando o código de transferência radiativa Synmast e uma metodologia baseada em Monte Carlo e Cadeia de Markov (MCMC). Os campos magnéticos médios obtidos variam entre $\sim$1,0 e $\sim$4,2 kG, e a maioria das estrelas da amostra encontra-se no regime saturado de campos magnéticos. Identificamos que as estrelas anãs M estudadas apresentam uma inflação de raio mediana entre 3,0$\%$ e 7,0$\%$, a depender da escolha do conjunto de isócronas. Adicionalmente, identificamos que existe uma correlação positiva entre campos magnéticos médios e inflação de raio e cobertura de manchas, o que é uma indicação de que manchas estelares produzidas por intensos campos magnéticos podem ser o mecanismo responsável pela inflação de raio destas estrelas. Determinamos também parâmetros atmosféricos para 34 estrelas anãs M hospedeiras de planetas. Os resultados de abundâncias obtidos indicam que as relações entre [O/M] e [M/H] encontram-se em bom acordo com modelos de evolução galáctica para a vizinhança solar. Derivamos raios planetários para 47 exoplanetas que orbitam a amostra estelar, e identificamos que a grande maioria da amostra planetária é composta por Super-Terras, com um pico na distribuição planetária em R$_{\rm p} \sim$1,2 -- 1,4 R$_{\oplus}$, e uma queda em R$_{\rm p} \sim$1,8--2,0 R$_{\oplus}$, correspondendo a existência do chamado vale do raio. A inclinação do vale do raio com insolação e períodos orbitais indica que o impacto de planetesimais pode ser o mecanismo dominante pela criação do vale associado a amostra. Separamos nossa amostra de exoplanetas em sistemas multi-planetários e exoplanetas em sistemas contendo apenas um planeta detectado, e identificamos que o primeiro grupo apresenta uma relação positiva entre metalicidades estelares e raios planetários, ao passo que o segundo apresenta dois regimes, com exoplanetas de tamanho terrestre e Super-Terras orbitando estrelas com [M/H]$<$0, e exoplanetas de diferentes tamanhos, incluindo sub-Netunos orbitando estrelas de maior metalicidade. Identificamos também que exoplanetas em sistemas multi-planetários orbitam na média estrelas de menores metalicidades ($<$[M/H]$>$=$-$0,29$\pm$0,16), do que exoplanetas de sistemas com um planeta ($<$[M/H]$>$=$-$0,02$\pm$0,18). Determinamos também os valores de campos magnéticos médios para 29 destas estrelas. Diferentemente do que encontramos para o aglomerado das Plêiades, os campos magnéticos médios das estrelas hospedeiras de planetas encontram-se no regime não-saturado, e apresentam valores de campos magnéticos médios variando entre $\sim$0,2 e $\sim$1,5 kG. Estudamos a habitabilidade em 43 exoplanetas que orbitam estas estrelas, e identificamos que apenas os exoplanetas Kepler-186f e TOI-700d se encontram em suas zonas de habitabilidade, com os demais exoplanetas estudados apresentando temperaturas de equilíbrio e níveis de insolação muito altos para manter água líquida na superfície. Determinamos também o campo magnético planetário mínimo necessário para que os exoplanetas da amostra consigam manter uma magnetosfera do tamanho da Terra atual, e encontramos valores para Kepler-186f e TOI-700d de respectivamente 0,65 e 3,02 G. Para uma magnetosfera igual a da Terra há 3,4 bilhões de anos atrás, quando já havia vida, os campos magnéticos planetários mínimos são de respectivamente 0,05 e 0,24 G. Assim, estes exoplanetas provavelmente conseguem se defender de ventos estelares gerados pela ação dos campos magnéticos estelares, e são bastante interessantes para estudos de habitabilidade.
Abstract: This thesis presents a spectroscopic analysis of M dwarf stars using high-resolution (R$\sim$22.500) near-infrared (1,514--1,696 $\mu$m) spectra from the SDSS/APOGEE survey. Our methodology adopts spectrum synthesis with LTE MARCS model atmospheres, along with the APOGEE DR17 line list, and the radiative transfer code Turbospectrum. We studied 48 M dwarf stars from the Hyades open cluster and obtained a median metallicity of [M/H]=0.09$\pm$0.03 dex, in good agreement with optical results for Hyades red-giants, and which is chemically homogeneous within the abundance uncertainties. We determined for these stars a median radius inflation between 1.6$\pm$2.3$\%$ and 2.4$\pm$2.3$\%$, which can be explained by a stellar spot coverage of up to 40$\%$. We also derived stellar magnetic fields for a sample containing 62 M-dwarf members of the Pleiades open cluster (with effective temperatures between 3400 K $\lesssim$ T$_{\rm eff} \lesssim$4000 K), using Fe I lines that are sensitive to magnetic fields. These calculations used the radiative transfer code Synmast, and a methodology based on Monte Carlo and Markov Chain (MCMC). The obtained mean magnetic fields vary between $\sim$1.0 and $\sim$4.2 kG, with most of the stars of the sample being in the saturated regime of magnetic fields. The studied M dwarfs present a median radius inflation ranging from +3.0$\%$ to +7.0$\%$, depending on the isochrone model selected. There is a positive correlation between magnetic field strength and radius inflation, as well as with stellar spot coverage, correlations that together indicate that stellar spots generated by strong magnetic fields might be the mechanism that drives radius inflation in these stars. We also derived atmospheric parameters for a sample containing 34 planet-hosting M dwarf stars. The oxygen abundances and metallicities obtained for the studied M dwarf stars show that [O/M] versus [M/H] are in good agreement with galactic evolution models for the solar neighborhood. We derived planetary radii for 47 exoplanets orbiting these stars. Most of the studied planets are Super-Earths; the planet radius distribution has a peak at 1.2 –- 1.4 R$_{\oplus}$, followed by a decline for larger planetary radii, and a drop at 1.8 –- 2.0 R$_{\oplus}$, corresponding to the radius valley. The slope of the radius valley with orbital periods and insolation shows that planetesimal impacts may be the dominant mechanism for the creation of the radius valley for this sample. We separated our sample of exoplanets into multi-planetary systems, and systems containing only one detected planet. We identified that the first group shows a positive linear relation between stellar metallicities and planetary radii, while the latter presents two regimes, with Earth-sized and Super-Earths planets orbiting stars with [M/H]$<$0, and planets of different sizes, including sub-Neptunes orbiting stars with higher metallicities. Finally, we found that the exoplanets members of multi-planetary systems of the sample orbit on average lower-metallicity stars ($<$[M/H]$>$=$-$0.29±0.16) than single exoplanets ($<$[M/H]$>$=$-$0.02±0.18). We also derive mean magnetic fields for 29 M dwarf stars of this sample. Differently from what we found for the Pleiades cluster, the mean magnetic fields of this sample are in the unsaturated regime, presenting values ranging between $\sim$0.2 to $\sim$1.5 kG. We studied habitability for 43 exoplanets that orbit these stars and found that only the exoplanets Kepler-186f and TOI-700d are inside their respective habitable zones, with the other studied exoplanets presenting equilibrium temperatures and insolation levels too high to maintain liquid water on the surface. We evaluated the minimum planetary magnetic field that would be necessary for the exoplanets to maintain a present-day Earth magnetosphere and found values for Kepler-186f and TOI-700d of respectively 0.65 and 3.02 G. Considering a young Earth magnetosphere of 3.4 Gyr ago when there was already life on Earth, the minimum planetary magnetic fields are respectively 0.05 and 0.24 G. These results suggest that these two exoplanets might be able to protect their atmospheres from stellar winds driven by stellar magnetic fields, and are very interesting for habitability studies.
Keywords: Estrelas anãs M;Parâmetros Atmosféricos Estelares;Campos Magnéticos Estelares;AglomeradosAbertos;Exoplanetas.
???metadata.dc.subject.cnpq???: ASTRONOMIA::ASTROFISICA DO MEIO INTERESTELAR
Language: por
???metadata.dc.publisher.country???: Brasil
Publisher: Observatorio Nacional
???metadata.dc.publisher.initials???: ON
???metadata.dc.publisher.department???: Divisão de Programas de Pós-Graduação - DIPPG
???metadata.dc.publisher.program???: Programa de Pós-Graduação em Astronomia
Citation: CARNEIRO WANDERLEY, FABIO. PARÂMETROS ATMOSFÉRICOS E CAMPOS MAGNÉTICOS DE ESTRELAS ANÃS M OBSERVADAS PELO LEVANTAMENTO APOGEE. 2024, 150 páginas da Tese do Programa de Pós-Graduação em Astronomia) - ON, RIO DE JANEIRO .
???metadata.dc.rights???: Acesso Aberto
URI: http://localhost:8080/tede/handle/tede/192
Issue Date: 26-Jul-2024
Appears in Collections:Teses de Doutorado PPGA

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