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Subgigante en el centro de atención: Caracterizando una nueva estrella de referencia

Actualmente vivimos en la era de las grandes bases de datos en la astronomía; especialmente en el campo de la astrosismología – el estudio de las propiedades estelares a través de medir sus pulsaciones. Entre las recientes misiones de Kepler, K2 y TESS, así como los datos suplementarios de Gaia, los estudios en conjunto son generalmente la norma, para estudiar la población de muchas estrellas. Sin embargo, en esta era de los grandes conjuntos de datos es importante continuar calibrando nuestros métodos, y esto es donde estudios detallados de estrellas individuales, como ‘punto de referencia’ siguen siendo muy importantes.

Los autores del artículo de hoy centra su estudio en una estrella de referencia, HR 7322 en gran detalle, utilizando múltiples métodos complementarios, con la intensión de utilizar los parámetros medidos de esta estrella para identificar problemas en la teoría de la astrosismología. La estrella que seleccionaron fue una subgigante – una estrella que ha quemado todo el hidrógeno en su núcleo y está en su camino a convertirse en una gigante roja. Los resultados recientes han mostrado un desacuerdo entre el radio de las estrellas subgigantes calculados usando los datos de la misión de Gaia comparados con el uso de la astrosismología.  Los autores estudian esta subgigante con gran precisión con el fin de identificar la fuente de este desacuerdo.

 

Observando en multiples ángulos

 Con el fin de obtener mediciones precisas de esta estrella y de probar cualquier problema en la teoría de la astrosismología, los autores toman un enfoque multifacético. Se hacen mediciones detalladas de astrosismolgía de las frecuencia de oscilación utilizando datos de Kepler, así  como mediciones espectroscópicas usando el telescopio SONG y medidas de interferometría usando el instrumento PAVO del conjunto de telescopios CHARA. Algunas de estas técnicas miden las mismas propiedades estelares, las cuales permiten comparar entre los diferentes instrumentos. La espectroscopia, por ejemplo, encuentra una temperatura efectiva, la cual cuando es combinada con interferometría y datos de Gaia proporciona un radio y una medida de la temperatura por separado. Utilizando una de estas mediciones de temperatura, la astrosismología proporciona un radio. La relación de ida y vuelta entre estos dos parámetros se puede ver en la figura 1.

Los autores estimaron los radios astrosísmicos utilizando las relaciones de escala en astrosismología, las cuales son calibradas utilizando el Sol. Ya que las estrellas subgigantes son más evolucionadas que el Sol, estas relaciones necesitan algunas correcciones cuando son aplicadas a estas estrellas, de las cuales hay muchas disponibles en la literatura. Ellos comparan el radio interferométrico con el radio calculado por la astrosismología usando diferentes relaciones de escala de la literatura, y encuentra un acuerdo en todos los casos dentro de las incertidumbres. Este es un buen punto a favor de la validez de las relaciones de escala en la astrosismología para subgigantes. Pero ¿cómo se mantiene un enfoque más físico, con los modelos estelares, en este escenario?

¿Hay acuerdo con los modelos estelares más complejos?

Las relaciones de escala en la astrosismología sólo pueden llegar hasta aquí, y si la calidad de los datos lo permite, las mejores propiedades estelares astrosismológicas se derivan de las comparaciones con los modelos estelares. Como se ve en la Figura 2, esta estrella muestra una rica selección de oscilaciones. Las frecuencias exactas de estas oscilaciones son componentes de modelos estelares, por lo que comparar estas ubicaciones con las predichas por la teoría proporciona una comprensión muy clara de las propiedades de la estrella, hasta su física interna. Además de comparar estas oscilaciones astrosísmicas con los modelos, los autores también incluyen la metalicidad espectroscópica (contenido de otros elementos que no sean helio e hidrógeno) y la temperatura interferométrica, uniendo las tres mediciones en una sola comparación.

Figura 2: El espectro de oscilación y el mejor modelo de ajuste para los picos medidos. En gris hay una subsección del espectro de oscilación completo para esta subgigante. En negro el mismo espectro después de ser suavizado. En rojo está el espectro ajustado del procedimiento de “peak-bagging” utilizado para medir las ubicaciones precisas de frecuencia de los picos. Los símbolos anteriores indican qué tipo de oscilación representa cada pico, donde l = 0,1,2 representan los modos radial, dipolo y cuadrupolo respectivamente. [Figura 4 en el artículo original]
Figura 1: La relación entre diferentes parámetros estimados usando diferentes métodos. De izquierda a derecha: Δν y νmax son parámetros astrosismológicos globales, log (g) es la gravedad superficial, Teff, int y Teffspec son temperaturas de diferentes métodos, fbol es el flujo bolométrico, ϖ es el paralaje, R y M representan radios y masas, [Fe / H] es la metalicidad (contenido de otros elementos que no sean helio e hidrógeno) , y θLD y uλ son parámetros de oscurecimiento utilizados para calcular la temperatura interferométrica. [Figura 1 del artículo original]

Los autores toman una malla de modelos, donde se varían varios componentes de la estrella en los modelos estelares (tales como la masa y el radio) y la física interna (tales como el grado al cual las diferentes capas en la estrella se mezclan unas con otras.  

Colocar las medidas en esta malla de modelos permite descubrir cuáles son las propiedades para nuestra estrella. En este caso, el estado subgigante de HR 7322 es un gran beneficio: su estado evolucionado significa que algunas frecuencias de oscilación se desvían de su ubicación esperada debido al cambio en el interior de la estrella (también conocido como cruces evitados), dejando una imagen clara de exactamente cómo evolucionó esta estrella.

Curiosamente, los resultados de los modelos estelares encuentran radios y masas más bajos que los que se calculan utilizando la interferometría, espectroscopía y astrosismología. Pero hay unas conclusiones importante: los radios calculados por astrosismología que corrigen las relaciones de escala para los subgigantes son radios más cercanos a los de los modelos estelares, ya que reducen el parámetro que describe el grado de mezcla entre las capas internas de la estrella para que sea más bajo que el Sol, también mejorando las estimaciones. Los autores comprueban este cambio en la mezcla contra simulaciones hidrodinámicas 3D, que respaldan este resultado para una estrella de este tipo y con propiedades estelares similares.

Conclusiones:

El estudio de esta sola estrella ha revelado algunas cosas interesantes que de otro modo podrían haber pasado por alto – se muestra que las relaciones de escala parecen aplicarse bien a estrellas subgigantes (posiblemente porque Gaia DR2, ha remplazado a Gaia Dr1, en el cual el trabajo original fue basado), validando estudios previos sobre la teoría de la astrosismología y el acuerdo confirmado entre diferentes mediciones del radio para una estrella subgigante. Con la misión TESS a la mitad de su recorrido, se esperan muchas mediciones astroseísmicas de nuevas estrellas subgigantes. Cuando se trata de estudios conjuntos de estas estrellas, esta estrella de referencia HR 7322 habrá proporcionado lecciones útiles para tener en cuenta.

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