Star activity: starspots, superflares, and differential rotation in k-type stars

Página do item simplificado
dc.contributor.advisorValio, Adriana Benetti Marques
dc.contributor.authorSouza, Alexandre Araújo de
dc.date.accessioned2022-03-10T12:55:39Z
dc.date.available2022-03-10T12:55:39Z
dc.date.issued2022-01-27
dc.description.abstractEstrelas do tipo solar podem apresentar intensa atividade magnética. Nesta tese, apresentamos um estudo sobre atividade estelar em sistemas planetários com estrelas do tipo K. Entende-se por atividade estelar os fenômenos de manchas estelares e superflares. A estrela Kepler-411, do tipo espectral K2V, apresenta período de rotação médio de 10,52 dias, raio de 0,79 R⊙ e massa de 0,83 M⊙, enquanto a estrela Kepler-210, também do tipo espectral K, tem um período de rotação médio de 12,5 dias, raio de 0,69 R⊙ e massa de 0,63 M⊙. Kepler-411 é uma estrela ativa com pelo menos quatro planetas em órbita, onde três deles eclipsam a estrela. Os planetas são uma super-Terra e os dois maiores são mini Netunos com raios de 1,8, 3,2 e 3,3 R⊕ e períodos de 3,0, 7,8 e 58,0 dias, respectivamente. Esta estrela foi observada pelo satélite Kepler por cerca de 600 dias com um número total de 195 trânsitos para o planeta Kepler-411b, 76 trânsitos para o planeta Kepler-411c e 10 trânsitos para o planeta Kepler-411d. Kepler-210 é uma estrela ativa, com 2 exoplanetas do tipo Netuno (Kepler-210b e Kepler-210c), com raios 3,08 e 3,99 R⊕ e períodos de 2,45 e 7,97 dias, respectivamente. Em um sistema multiplanetário, cada planeta ocultará diferentes latitudes da estrela durante seu trânsito, dependendo do ângulo de inclinação e do semieixo maior da órbita. Durante um desses trânsitos, um planeta pode ocultar uma mancha na fotosfera da estrela, causando pequenas variações em sua curva de luz. Ao detectar a mesma mancha em um trânsito posterior, é possível inferir o período de rotação estelar naquela latitude e assim estimar o perfil de rotação diferencial da estrela. Neste trabalho aplicamos o modelo descrito em Silva (2003), para caracterizar as manchas estelares, o que resultou na detecção de um total de 45 manchas durante os trânsitos do Kepler-411b, 143 manchas nos trânsitos de Kepler-411c e 10 manchas nos trânsitos de Kepler-411d. Para a Kepler-411 a análise das manchas detectadas nas diferentes latitudes do trânsito destes planetas resulta em um cisalhamento diferencial de 0, 0500 ± 0, 0006 radianos/dia ou uma rotação diferencial relativa de 8, 4 ± 0, 1%, assumindo um perfil de rotação semelhante ao solar. Na investigação de superflares estelares, as análises das curvas de luz resultaram em 65 superflares com energias entre 1033 − 1035 ergs. Buscando entender as conexões existentes entre as manchas estelares e superflares da Kepler-411, encontramos uma correlação positiva entre a área das manchas e a energia das superflares ao considerar as médias tomadas a cada 16 a 35 dias, com a maior correlação ocorrendo para intervalos de 21 dias. Este intervalo de tempo provavelmente está relacionado ao tempo de vida das manchas da Kepler-411. Para a Kepler-210, foram detectadas 107 manchas estelares e um cisalhamento diferencial de 0, 0564 ± 0, 0028 radianos/dia e uma rotação diferencial relativa de 11, 1 ± 0, 5% e um ciclo magnético com periodicidade de 545 dias. Entretanto, na análise das curvas de luz da Kepler-210, não foram encontradas superflares. Por fim, investigamos os parâmetros das duas estrelas que possam influenciar na geração de superflares. Ambas estrelas são bastante semelhantes entre si, com massa, raio, período de rotação e sistema planetários similares, e também apresentaram mais de uma centena de manchas durante o período de observação, mas apenas uma delas, Kepler 411, produziu explosões. Análise das características físicas das manchas mostrou que a estrela sem superflares, Kepler-210, apresentava manchas com raio duas vezes maiores que as da Kepler-411. Portanto, concluímos que a área das manchas estelares não parece ser um fator decisivo na geração de superflares, mas sim a complexidade magnética das regiões ativas.pt_BR
dc.description.sponsorshipIPM - Instituto Presbiteriano Mackenziept_BR
dc.description.sponsorshipMackPesquisa - Fundo Mackenzie de Pesquisapt_BR
dc.identifier.urihttps://dspace.mackenzie.br/handle/10899/28851
dc.language.isopt_BRpt_BR
dc.language.isoenpt_BR
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectmanchas estelarespt_BR
dc.subjectsuperflarespt_BR
dc.subjectrotação diferencialpt_BR
dc.subjectexoplanetaspt_BR
dc.subjecttelescópio keplerpt_BR
dc.titleStar activity: starspots, superflares, and differential rotation in k-type starspt_BR
dc.typeTesept_BR
local.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/1041565102315246pt_BR
local.contributor.advisorOrcidhttps://orcid.org/0000-0002-1671-8370pt_BR
local.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/9411960391923683pt_BR
local.contributor.authorOrcidhttps://orcid.org/0000-0002-2106-4332pt_BR
local.contributor.board1Vidotto, Aline de Almeida
local.contributor.board1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5912884322994930pt_BR
local.contributor.board2Soares, Maria Cristina de Assis Rabello
local.contributor.board2Latteshttp://lattes.cnpq.br/4104892051283890pt_BR
local.contributor.board2Orcidhttps://orcid.org/0000-0003-0172-3713pt_BR
local.contributor.board3Aguiar, Paulo José Simões de
local.contributor.board3Latteshttp://lattes.cnpq.br/9281522944369099pt_BR
local.contributor.board3Orcidhttp://orcid.org/0000-0002-4819-1884pt_BR
local.contributor.board4Correia, Emilia
local.contributor.board4Latteshttp://lattes.cnpq.br/1272123236892781pt_BR
local.contributor.board4Orcidhttps://orcid.org/0000-0003-4778-3834pt_BR
local.description.abstractenStars like the Sun may exhibit intense magnetic activity. In this thesis, we present a study of stellar activity from K-type stars with planetary systems. The most common manifestation of stellar activity is starspots and superflares. Kepler-411 is a star of K2V spectral type, with an average rotation period of 10.52 days, a radius of 0.79R⊙, and a mass of 0.83 M⊙, whereas Kepler-210, also a K spectral type star, has a mean rotation period of 12.5 days, a radius of 0.69 R⊙, and a mass of 0.63 M⊙. Kepler-411 is an active star with at least four planets in orbit, three of which eclipse the star. The transiting planets are a super-Earth and the two largest are mini-Neptunes with radii of 1.8, 3.2, and 3.3 R⊕ and periods of 3.0, 7.8, and 58.0 days, respectively. This star was observed by the Kepler satellite for about 600 days with a total number of 195 transits of planet Kepler 411b, 76 transits of Kepler-411c, and 10 transits of Kepler-411d. Kepler-210 is an active star, with 2 Neptune-like exoplanets (Kepler-210b and Kepler-210c), with radii of 3.08 and 3.99 R⊕ and periods of 2.45 and 7.97 days, respectively. In a multiplanetary system, each planet will occult different latitudes of the star during its transit, depending on the angle of inclination and the semi-major axis of the orbit. During one of these transits, a planet can pass in front a spot on the star’s photosphere, causing small variations in the transit light curve. By detecting the same spot on a later transit, it is possible to infer the stellar rotation period at that latitude and thus estimate the star’s differential rotation profile. In this work, we applied the model described by Silva (2003) to characterize starspots, which resulted in the identification of a total of 45 spots during Kepler-411b transits, 143 spots in Kepler-411c transits, and 10 spots in transits of Kepler-411d. For Kepler-411, the analysis of spots detected at different latitudes of the planetary transits resulted in a differential shear of 0.0500 ± 0.0006 radians/day or a relative differential rotation of 8.4 ± 0.1%, assuming a rotation profile similar to the Sun. Investigation of stellar superflares on the light curve yields 65 superflares with energies between 1033 − 1035 ergs. Searching for the existing connections between Kepler-411 starspots and superflares, resulted in a positive correlation between spot area and superflares energy when considering averages taken every 16 to 35 days, with the highest correlation occurring for time intervals of 21 days. This time scale is probably related to the lifetime of the Kepler-411 spots. For the other star, Kepler-210, a total of 107 starspots were detected and from the spot transit mapping analysis we estimated a differential shear of 0.0564 ± 0.0028 radians/day and a relative differential rotation of 11.1 ± 0.5% and a magnetic cycle with a periodicity of 545 days. However, when inspecting the light curve of the Kepler-210, no superflares were detected. Finally, we investigated which physical parameters of the two stars could be responsible for triggering superflares. Both stars are very similar to each other, with comparable mass, radius, effective temperature, rotation period, and planetary systems. Moreover both stars exhibited over a hundred spots on their surface during the observation period, but only one of them, Kepler-411, produced flares. Analysis of the physical characteristics of the spots showed that the star without superflares, Kepler-210, had spots with a radius twice that of Kepler-411. Therefore, we conclude that the starspot area does not seem to be a decisive factor in the generation of superflares, probably the magnetic complexity of the active regions has a more important role.pt_BR
local.keywordsstarspotspt_BR
local.keywordssuperflarept_BR
local.keywordsdifferential rotationpt_BR
local.keywordsexoplanetspt_BR
local.keywordskepler telescopept_BR
local.publisher.departmentCentro de Rádio Astronomia e Astrofísica Mackenzie (CRAAM)pt_BR
local.publisher.programCiências e Aplicações Geoespaciaispt_BR
local.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRApt_BR
Arquivos
Pacote Original
Agora exibindo 1 - 1 de 1
Imagem de Miniatura
Nome:
tese_final_Alexandre_2022 - PROTEGIDA.pdf
Tamanho:
50.09 MB
Formato:
Adobe Portable Document Format
Descrição:
Alexandre Araújo de Souza
Baixar
Licença do Pacote
Agora exibindo 1 - 1 de 1
Imagem de Miniatura
Nome:
license.txt
Tamanho:
1.95 KB
Formato:
Item-specific license agreed upon to submission
Descrição:
Baixar
Coleções
Ciências e Aplicações Geoespaciais - Teses - CRAAM