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Título: Análise wavelet e modelo de manchas em curvas de luz estelares dos telescópios espaciais Kepler e CoRoT
Título(s) alternativo(s): Wavelet analysis and spot model applied to stellar light curves from Kepler and CoRoT space missions
Autor(es): Castrillon, Jenny Paola Bravo
Palavras-chave: Análise de dados;Binários - estrelas individuais;Fotometria;Rotação diferencial;Pulsação;Atividade magnética (manchas);Sistemas planetários
Data do documento: 22-Dez-2014
Editor: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Citação: CASTRILLON, Jenny Paola Bravo. Análise wavelet e modelo de manchas em curvas de luz estelares dos telescópios espaciais Kepler e CoRoT. 2014. 125f. Tese (Doutorado em Física) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2014.
Resumo: Analogous to sunspots and solar photospheric faculae, which visibility is modulated by stellar rotation, stellar active regions consist of cool spots and bright faculae caused by the magnetic field of the star. Such starspots are now well established as major tracers used to estimate the stellar rotation period, but their dynamic behavior may also be used to analyze other relevant phenomena such as the presence of magnetic activity and its cycles. To calculate the stellar rotation period, identify the presence of active regions and investigate if the star exhibits or not differential rotation, we apply two methods: a wavelet analysis and a spot model. The wavelet procedure is also applied here to study pulsation in order to identify specific signatures of this particular stellar variability for different types of pulsating variable stars. The wavelet transform has been used as a powerful tool for treating several problems in astrophysics. In this work, we show that the time-frequency analysis of stellar light curves using the wavelet transform is a practical tool for identifying rotation, magnetic activity, and pulsation signatures. We present the wavelet spectral composition and multiscale variations of the time series for four classes of stars: targets dominated by magnetic activity, stars with transiting planets, those with binary transits, and pulsating stars. We applied the Morlet wavelet (6th order), which offers high time and frequency resolution. By applying the wavelet transform to the signal, we obtain the wavelet local and global power spectra. The first is interpreted as energy distribution of the signal in time-frequency space, and the second is obtained by time integration of the local map. Since the wavelet transform is a useful mathematical tool for nonstationary signals, this technique applied to Kepler and CoRoT light curves allows us to clearly identify particular signatures for different phenomena. In particular, patterns were identified for the temporal evolution of the rotation period and other periodicity due to active regions affecting these light curves. In addition, a beat-pattern vii signature in the local wavelet map of pulsating stars over the entire time span was also detected. The second method is based on starspots detection during transits of an extrasolar planet orbiting its host star. As a planet eclipses its parent star, we can detect physical phenomena on the surface of the star. If a dark spot on the disk of the star is partially or totally eclipsed, the integrated stellar luminosity will increase slightly. By analyzing the transit light curve it is possible to infer the physical properties of starspots, such as size, intensity, position and temperature. By detecting the same spot on consecutive transits, it is possible to obtain additional information such as the stellar rotation period in the planetary transit latitude, differential rotation, and magnetic activity cycles. Transit observations of CoRoT-18 and Kepler-17 were used to implement this model.
metadata.dc.description.resumo: Análogas às manchas e fáculas fotosféricas solares, cuja visibilidade é modulada por rotação estelar, as regiões ativas estelares consistem em grupos de manchas escuras na superfície da estrela e fáculas brilhantes causadas pelo seu campo magnético. Atualmente, as manchas estelares estão bem estabelecidas como os principais marcadores usados para estimar o período de rotação estelar. Por outro lado, o comportamento dinâmico das manchas também pode ser utilizado para analisar outros fenômenos relevantes, tais como a presença de atividade magnética e os seus ciclos. Para determinar o período de rotação estelar, identificar a presença de regiões ativas e investigar se a estrela manifesta ou não rotação diferencial, aplicamos dois métodos: uma análise wavelet e um modelo de manchas. O procedimento wavelet também é aplicado na análise de pulsações e na busca por assinaturas específicas para esta variabilidade estelar particular dentre os diferentes tipos de estrelas variáveis pulsantes. A transformada wavelet tem sido usada como uma ferramenta poderosa para o tratamento de vários problemas em astrofísica. Neste trabalho mostramos que a análise em tempo-frequência das curvas de luz estelares, utilizando a transformada wavelet, é uma ferramenta prática para a identificação de rotação, atividade magnética e assinaturas de pulsação. Apresentamos a composi- ção espectral e as variações multiescala das séries temporais para quatro classes de estrelas: alvos dominados pela atividade magnética, estrelas com planetas, aquelas com trânsitos binários, e estrelas pulsantes. Aplicamos a wavelet Morlet de 6 a ordem, que oferece alta resolução em tempo e frequência. Ao aplicar a transformada wavelet no sinal, obtemos os espectros de potência wavelet local e global. O primeiro é interpretado como a distribuição de energia do sinal no espaço tempo-frequência, e o segundo é obtido por integração temporal do mapa local. Sendo a transformada wavelet uma ferramenta matemática útil para sinais não estacionários, esta técnica aplicada v às curvas de luz, obtidas a partir das missões espaciais Kepler e CoRoT, nos permite identificar claramente determinadas assinaturas para diferentes fenômenos. Em particular, foram identificados padrões para a evolução temporal do período de rotação, bem como uma outra periodicidade decorrente dos efeitos das regiões ativas nas curvas de luz analisadas; a continuidade de uma determinada escala (frequência) durante a maior parte do tempo pode representar um indicador de rotação e atividade. Além disso, uma assinatura de padrão de batimento no mapa wavelet local de estrelas pulsantes ao longo de todo o tempo também foi detectada. O segundo método é baseado na detecção de manchas estelares durante os trânsitos de um planeta extrasolar que orbita sua estrela-mãe. Quando um planeta eclipsa sua estrela-mãe é possível detectar fenômenos físicos que ocorrem na superfície da estrela. Se uma mancha escura na superfície estelar é eclipsada parcial ou totalmente, a luminosidade estelar integrada aumentará ligeiramente. A análise da curva de luz medida durante um trânsito planetário nos permite inferir propriedades físicas das manchas estelares como o tamanho, a intensidade, a posição e a temperatura. Ao detectar a mesma mancha em trânsitos consecutivos, é possível obter informações adicionais, como o período de rotação estelar na latitude do trânsito planetário, a rotação diferencial, e os ciclos de atividade magnética. Observações do trânsito planetário nas estrelas CoRoT-18 e Kepler-17 foram usadas para aplicar este modelo.
URI: http://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/20102
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