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Title: Rotação, atividade magnética e a ocorrência de jupiterianos quentes em estrelas frias
Authors: Machado, João Marcelo
Keywords: Rotação estelar;Atividade estelar;Jupiterianos quentes
Issue Date: 13-Apr-2018
Citation: MACHADO, João Marcelo. Rotação, atividade magnética e a ocorrência de jupiterianos quentes em estrelas frias. 2018. 118f. Dissertação (Mestrado em Física) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2018.
Portuguese Abstract: A rotação é fundamental em Astrofísica Estelar por ser responsável por vários fenômenos com influência na formação e evolução estelar, tais como a geração e a topologia dos campos magnéticos associados e a transferência de momento angular. Sabe-se que as estrelas sofrem freio rotacional à medida que evoluem, apresentando transição nos valores das medidas de rotação a partir do tipo espectral F. Uma possível explicação para esse fenômeno está associada à atividade magnética, sustentada pelo processo de dínamo e pela rotação diferencial, outra diz respeito à dissipação por maré gravitacional nos casos de estrelas binárias ou com exoplanetas detectados. Neste trabalho desenvolvemos um modelo teórico para descrever as distribuições de frequência de velocidade rotacional projetada, vsini, para aproximadamente 10.000 estrelas de tipos espectrais F, G e K, incluindo uma amostra de gêmeas solares. Estudamos o freio rotacional por natureza magnética a partir do estudo da atividade cromosférica, analisando o indicador log R0 HK, associado às linhas H e K do Ca II, e da atividade coronal, através de medidas de fluxo de raios-X. Para estudar o mecanismo gravitacional, levamos em consideração uma amostra de 46 estrelas hospedeiras de planetas extrassolares conhecidos como jupiterianos quentes (JQs), detectados pelos métodos de trânsito e velocidade radial. Exploramos também a dependência da rotação com parâmetros orbitais e discutimos possíveis processos de formação e migração de JQs, analisando o desalinhamento spin-órbita, ou obliquidade (λ), e a excentricidade desses sistemas. Nosso modelo teórico se mostra válido por recuperar a lei de Skumanich, fundamental no contexto da girocronologia, e por descrever adequadamente as estrelas com baixas rotações. A partir da amostra de gêmeas solares, determinamos também que a distribuição interna do momento angular pode ser um dos fatores associados à transição rotacional observada entre estrelas cujos envelopes convectivo e radiativo se encontram em diferentes profundidades. Do ponto de vista observacional, não notamos uma dependência direta entre rotação e a presença de JQs, contudo mostramos uma clara correlação entre os valores de vsini e atividade, de modo que o freio rotacional está mais provavelmente conectado à perda de massa por ventos magneticamente acoplados. Explorando a amostra planetária, percebemos uma ligeira tendência de JQs mais massivos serem encontrados em órbitas alinhadas. Revisitando trabalhos anteriores, determinamos que estrelas centrais com temperaturas menores que ∼ 6020K e massas menores que ∼ 1.15M se encontram em sistemas aproximadamente alinhados, enquanto estrelas acima desses limites mostram uma grande dispersão nos valores de λ. Também foi notada uma dependência de λ com o tipo espectral, com as estrelas F apresentando um grande espalhamento nos valores de obliquidade. Esses três resultados podem estar relacionados ao fato de estrelas com essas características sofrerem fraca dissipação por maré devido a suas finas zonas convectivas, resultando em um lento realinhamento orbital nos respectivos sistemas.
Abstract: Rotation is fundamental in Stellar Astrophysics for being responsible for several phenomena with influence on the stellar formation and evolution, such as the generation and topology of the associated magnetic fields and the angular momentum transfer. It is known that stars undergo rotational braking as they evolve, showing a transition in the values of rotational measurements from the F spectral type. A possible explanation for this phenomenon is associated with magnetic activity, sustained by the dynamo process and differential rotation, another possible explanation regards the dissipation due to gravitational tides in the cases of binary stars or stars with detected exoplanets. In this work, we developed a theoretical model to describe the frequency distributions of projected rotational velocities, vsini, for approximately 10.000 stars of F, G, and K spectral types, including a sample of solar twins. We studied the rotational braking due to magnetic nature from the study of chromospheric activity by analyzing the log R0 HK indicator, associated with the Ca II H and K lines, and the coronal activity through measurements of X-ray flux. To study the gravitational mechanism we take into account a sample of 46 stars hosting extrasolar planets known as hot Jupiters (HJs), detected through transit and radial velocity methods. We also explored the dependence between stellar rotation and orbital parameters and discussed possible processes of formation and migration of HJs, by analyzing the spin-orbit misalignment, or obliquity (λ), and the eccentricity of these systems. Our theoretical model is valid since it recovers the Skumanich law, which is fundamental in the context of gyrochronology, and properly describes the stars with low rotation values. From the solar twins’ sample, we have also determined that the internal distribution of angular momentum may be one of the factors associated with the rotational transition observed between stars whose convective and radiative envelopes are found in different depths. From the observational point of view, we did not notice a direct dependence between rotation and the presence of HJs, however we showed a clear correlation between the values of vsini and activity, so that the rotational braking is more probably connected to the mass loss from magnetically-coupled winds. Exploring the planetary sample we noticed a slight tendency for more massive HJs to be found in aligned orbits. Revisiting previous works, we have determined that stars with temperatures lower than ∼ 6020K and masses lower than ∼ 1.15M are found in approximately aligned systems, whereas stars above these limits exhibit a great dispersion in the values of λ. We also noticed a dependence between λ and the spectral type, where F stars show a great spread in the obliquity values. These three results may be related to the fact that stars with these characteristics undergo weak tidal dissipation due to their thin convective zones, resulting in a slow orbital realignment in the respective systems.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/26143
Appears in Collections:PPGFIS - Mestrado em Física

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