Datación de cúmulos estelares jóvenes mediante análisis sísmico de estrellas δ Scuti

Abstract

La astrosismología es una rama de la astrofísica estelar que en las ´ultimas décadas, y gracias a las misiones espaciales, se ha catapultado como una potente herramienta para caracterizar el interior de las estrellas pulsantes. Las estrellas δ Sct son estrellas de tipo espectral A-F situadas en la zona de intersección entre la secuencia principal y la banda de inestabilidad clásica del diagrama HR. Las ´ultimas misiones espaciales, en particular Kepler y TESS, ambas de la NASA, han permitido obtener curvas de luz de una calidad fotométrica sin precedentes, gracias a las sofisticadas cámaras que llevan a bordo y a una monitorización continua y larga en el tiempo. El análisis de estas curvas, basado en la transformada de Fourier, nos revela los espectros de frecuencias de pulsaciones. La calidad de estas curvas de luz, unida al desarrollo de técnicas de análisis, ha permitido detectar observables sísmicos que se venían usando en estrellas de tipo solar, pero que eran muy difíciles de observar en estrellas δ Sct. Algunos de estos observables sísmicos son: la gran separación entre modos de pulsación del mismo grado y ´ordenes consecutivos, relacionado con la densidad media de la estrella; el desdoble de frecuencias del mismo orden y grado, pero diferente orden azimutal, causado por la alta rotación que tienen las estrellas δ Sct; y la relación de escala que existe entre la frecuencia de máxima amplitud y la temperatura efectiva de la estrella. Estos observables se utilizan para restringir los modelos que nos permitan caracterizar de la mejor manera posible el interior de la estrella. El objetivo de esta tesis doctoral ha sido datar cúmulos estelares jóvenes basándonos en el análisis sísmico de las estrellas δ Sct, más abundantes en ellos que las estrellas de tipo solar. Para ello se han seguido los siguientes pasos en la investigación: • Implementamos un código versátil, más rápido y más eficiente para extraer el contenido en frecuencias de las curvas de luz proporcionadas por las misiones Kepler y TESS. El código se llama MultiModes, y está disponible en un repositorio público. Se puso a prueba con curvas de luz sintéticas y reales, con resultados satisfactorios. • Desarrollamos un método sísmico para datar, a modo de prueba, el cúmulo joven α Per, un cúmulo con abundantes referencias en la literatura, del que se disponían curvas de luz de TESS correspondientes a unas once estrellas δ Sct. El método se basa en el uso de los observables sísmicos referidos arriba para seleccionar aquellos modelos con edades comunes en las estrellas analizadas. Presuponiendo que un cúmulo tiene estrellas de la misma química y la misma edad, la edad promedio de esta selección de modelos nos permite determinar la edad del cúmulo. Los resultados parciales de esta tesis se publicaron en un primer artículo (Pamos Ortega et al., 2022). Convencidos de la viabilidad del método continuamos adelante mejorando el método mediante un tratamiento estadístico de los modelos. • Diseñamos una función de densidad de probabilidad que evitase los posibles sesgos. De esta manera pudimos estimar la incertidumbre en la predicción de la edad del cúmulo de forma más realista. El método actualizado se usó en dos cúmulos de diferentes edades, metalicidades y estadios evolutivos: Trumpler 10, un cúmulo en torno a la PMS, y Praesepe, un cúmulo algo más evolucionado en la MS. Nuevos resultados parciales se publicaron en un segundo artículo (Pamos Ortega et al., 2023). • Haciendo un cruce entre el catálogo de TESS y uno de los catálogos más completos sobre estrellas pertenecientes a cúmulos estelares en la Vía Láctea (Cantat-Gaudin et al., 2020), obtuvimos una lista de 31 estrellas δ Sct, pertenecientes a 18 cúmulos diferentes, de las que se disponían curvas de luz con las que poder aplicar el método expuesto. Se han datado todos ellos, obteniendo edades comprendidas entre 10 Myr y 900 Myr. Los resultados obtenidos son bastante consistentes con otras determinaciones, basadas sobre todo en el tradicional método del ajuste de isócronas. Sin embargo, esperamos mejorar la precisión de los resultados cuando tengamos una malla de modelos más amplia y densa, con la que poder datar una gran diversidad de cúmulos con tan diferentes químicas y edades.