Rotação e processos de acreção e coalescência em sistemas planetários e sistemas binários

The discovery of giant stars in the spectral regions G and K, showing moderate to rapid rotation and single behavior, namely with constant radial velocity, represents one important topic of study in Stellar Astrophysics. Indeed, such anomalous rotation clearly violates the theoretical predictions on the evolution of stellar rotation, since in evolved evolutionary stages is expected that the single stars essentially have low rotation due to the evolutionary expansion. This property is well-established from the observational point of view, with different studies showing that for single giant stars of spectral types G and K values of the rotation are typically smaller than 5kms−1 . This Thesis seeks an effective contribution to solving the paradigm described above, aiming to search for single stars of spectral types G and K with anomalous rotation, tipically rotation of moderate to rapid, in other luminosity classes. In this context, we analyzed a large stellar sample consisting of 2010 apparently single stars of luminosity classes IV, III, II and Ib with spectral types G and K, with rotational velocity v sin i and radial velocity measurements obtained from observations made by CORAVEL spectrometers. As a first result of impact we discovered the presence of anomalous rotators also among subgiants, bright giants and supergiants stars, namelly stars of luminosity classes IV, II and Ib, in contrast to previous studies, that reported anomalous rotators only in the luminosity class III classic giants. Such a finding of great significance because it allows us to analyze the presence of anomalous rotation at different intervals of mass, since the luminosity classes considered here cover a mass range between 0.80 and 20MJ, approximately. In the present survey we discovered 1 subgiant, 9 giants, 2 bright giants and 5 Ib supergiants, in spectral regions G and K, with values of v sin i ≥ 10kms−1 and single behavior. This amount of 17 stars corresponds to a frequency of 0.8% of G and K single evolved stars with anomalous rotation in the mentioned classes of luminosities, listed at the Bright Star Catalog, which is complete to visual magnitude 6.3. Given these new findings, based on a stellar sample complete in visual magnitude, as that of the Bright Star Catalog, we conducted a comparative statistical analysis using the Kolmogorov- Smirnov test, from where we conclude that the distributions of rotational velocity, v sin i, for single evolved stars with anomalous rotation in luminosity classes III and II, are similar to the distributions of v sin i for spectroscopic binary systems with evolved components with the same spectral type and luminosity class. This vii result indicates that the process of coalescence between stars of a binary system might be a possible mechanism to explain the observed abnormal rotation in the referred abnormal rotators, at least among the giants and bright giants, where the rotation in excess would be associated with the transfer of angular momentum for the star resulting from the merger. Another important result of this Thesis concerns the behavior of the infrared emission in most of the stars with anomalous rotation here studied, where 14 stars of the sample tend to have an excess in IR compared with single stars with low rotation, within of their luminosity class. This property represents an additional link in the search for the physical mechanisms responsible for the abnormal observed rotation, since recent theoretical studies show that the accretion of objects of sub-stellar mass, such as brown dwarfs and giant planets, by the hosting star, can significantly raise its rotation, producing also a circumstellar dust disk. This last result seems to point in that direction, since it is not expected that dust disks occurring during the stage of star formation can survive until the stages of subgiants, giants and supergiants Ib. In summary, in this Thesis, besides the discovery of single G and K evolved stars of luminosity classes IV, II and Ib with anomalously high rotation compared to what is predicted by stellar evolution theory, we also present the frequency of these abnormal rotators in a stellar sample complete to visual magnitude 6.3. We also present solid evidence that coalescence processes in stellar binary systems and processes of accretion of brown dwarfs star or giant planets, by the hosting stars, can act as mechanisms responsible for the puzzling phenomenon of anomalous rotation in single evolved stars.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq

A descoberta de estrelas gigantes nas regiões espectrais G e K, apresentando rotação de moderada a rápida e um comportamento individual, ou seja com velocidade radial constante, representa hoje um importante tópico de estudos em Astrofísica Estelar. Na realidade, tal rotação anômala viola claramente as predições teóricas sobre a evolução da rotação estelar, uma vez que em estágios avançados da evolução espera-se que as estrelas individuais apresentem essencialmente baixos valores de rotação, devido à própria expansão evolucionária. Tal propriedade é bem estabelecida do ponto de vista observacional, com diferentes estudos mostrando que para as estrelas gigantes individuais de tipos espectrais G e K os valores da rotação são tipicamente menores do que 5kms−1 . Esta Tese busca uma contribuição efetiva para a solução do paradigma acima descrito, tendo como objetivo a busca por estrelas individuais de tipos espectrais G e K com rotação anômala, ou seja rotação de moderada a rápida, em outras classes de luminosidade. Neste contexto, analisamos uma amostra composta por 2010 estrelas aparentemente individuais, de classes de luminosidade IV, III, II e Ib, com tipos espectrais G e K, com medidas de velocidade de rotação projetada v sin i e velocidade radial obtidas a partir de observações realizadas pelo espectrômetro CORAVEL. Como primeiro resultado de impacto descobrimos a presença de rotações anômalas também em estrelas subgigantes, gigantes brilhantes e supergigantes, ou seja estrelas de classes de luminosidade IV, II e Ib, em contraste com estudos anteriores que haviam reportado rotações anômalas apenas entre as gigantes clássicas de classe de luminosidade III. Tal aspecto se reveste de grande relevância, pois nos permite analisar a presença de rotações anômalas em diferentes intervalos de massa estelar, uma vez que as classes de luminosidade aqui consideradas cobrem um intervalo em massa compreendido entre 0, 80 e 20MJ, aproximadamente. No total, foram descobertas 1 subgigante, 9 gigantes, 2 gigantes brilhantes e 4 supergigantes Ib, nas regiões espectrais G e K, apresentando valores de v sin i ≥ 10kms−1 e comportamento individual. Este total de 17 estrelas corresponde a uma frequência de 0, 8% de estrelas evoluídas individuais com rotações anômalas, entre as estrelas G e K das referidas classes de luminosidades, listadas no Bright Star Catalog, que é completo até magnitude visual 6, 3. Face a estas novas descobertas, com base em uma amostra completa em magnitude visual, como aquela do Bright Star Catalog, realizamos uma análise estatística comparativa usando o teste Kolmogorov- Smirnov, de onde concluímos que as distribuições v da velocidade rotacional, v sin i, para estrelas com rotações anômalas nas classes de luminosidade III e II, são similares às distribuições de v sin i para sistemas binários espectroscópicos com componentes evoluídas do mesmo tipo espectral e classe de luminosidade. Tal resultado indica que o processo de coalescência entre estrelas de um sistema binário pode ser um possível mecanismo para explicar o excesso de rotação observado em estrelas anômalas, pelo menos entre as gigantes e gigantes brilhantes, onde o excesso de rotação estaria associado à transferência de momentum angular para a estrela resultante da fusão. Outro resultado relevante da presente Tese, diz respeito ao comportamento do fluxo de emissão em infravermelho na maioria das estrelas com rotação anômala aqui estudadas, onde 14 estrelas da amostra tendem a apresentar um excesso no infravermelho, quando comparadas com estrelas individuais com baixas rotações, dentro da respectiva classe de luminosidade. Tal propriedade representa um vínculo adicional na busca dos mecanismos físicos responsáveis pela rotação anômala observada, uma vez que estudos teóricos recentes mostram que a acreção de objetos de massa sub-estelar, tal como planetas gigantes e anãs marrons, por uma estrela pode elevar significativamente a rotação da estrela acretora e produzir um disco de poeira em torno desta. Este último resultado parece apontar nessa direção, uma vez que não é esperado que discos de poeira surgidos durante o estágio de formação estelar possa sobreviver até os estágios da subgigantes, gigantes e supergigantes Ib. Em síntese, nesta Tese, além da descoberta de estrelas individuais G e K com rotações anômalamente elevadas em relação àquilo previsto pela teoria de evolução estelar, nas classes de luminosidade IV, II e Ib, apresentamos também a frequência dessas estrelas numa amostra completa até pelo menos magnitude visual 6, 3. Apresentamos, ainda, sólidas evidências de que processos de coalescência em sistemas binários estelares e processos de acreção de anãs marrons ou planetas gigantes por estrelas podem atuar como mecanismos responsáveis pelo referido fenômeno de rotações anômalas em estrelas individuais evoluídas.