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O Estudo Químico de Estrelas Anãs M com Exoplanetas do tipo Terra - Kepler 138 e Kepler 186

September 16, 2017

Título do ArtigoChemical Abundances of M-dwarfs from the APOGEE Survey. I. The Exoplanet Hosting Stars Kepler-138 and Kepler-186

 

Primeir@ autor@: Diogo Souto

 

Revista publicada: The Astrophysical Journal, Volume 835, Página 12, fevereiro de 2017

 

 

Estrelas anãs-M aparecem como as melhores candidatas à procura de exoplanetas do tipo-Terra, principalmente pelo fato de terem baixa massa e raio, o que facilita a detecção de planetas pelos métodos de velocidade radial e de trânsito estelar. Entretanto, pouco se conhece sobre esta classe espectral na literatura e um dos objetivos deste trabalho é o estudo químico detalhado de estrelas anãs-M, desenvolvido através de espectroscopia em alta resolução no infravermelho.

 

Nos últimos dias, vimos várias noticias de descobertas de exoplanetas de tamanho similar à Terra, e praticamente todos estes planetas estão orbitando estrelas anãs M. O sistema de proxima centauri b comporta o exoplaneta mais próximo do nosso sistema solar, que orbita a estrela anã M Prox centauri b, a apenas 4.3 anos luz de distância do sistema Solar. Outro sistema interessante descoberto é o de Trappist-1, um sistema com sete exoplanetas de tamanho similar a Terra, e além disto, três destes estão localizados na zona habitável da estrela. Zona esta em que é possível encontrar água no estado líquido, que é fundamental para a criação e manutenção da vida como conhecemos.

 

Neste artigo apresentamos os resultados pioneiros no estudo químico de estrelas anãs-M que foram desenvolvidos com espectros APOGEE. Pela primeira vez, mostramos ser possível obter abundâncias químicas para 13 elementos (C, O, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn e Fe) em estrelas anãs-M com temperatura efetiva da ordem de 3800 K. A mesma metodologia apresentada também é válida para anãs-M mais frias, com temperaturas efetiva entre 2500 – 4000 K.

 

O trabalho foi desenvolvido a partir de duas estrelas com exoplanetas detectados, Kepler-138 e Kepler-186. Kepler-138 possui um sistema com três exoplanetas descobertos até o presente momento onde, Kepler-138b aparece como um dos menores exoplanetas já descobertos, com massa e tamanho similar à Marte. Por outro lado, Kepler-186 é um sistema com cinco exoplanetas, onde o mais conhecido destes é Kepler-186f, um exoplaneta de tamanho e densidade similares à Terra e, mais importante, localizado na zona habitabilidade da estrela. Neste artigo foi elaborado um atlas de linhas espectrais para estrelas anãs-M com Teff ∼ 3800 K, apontando os melhores indicadores de temperatura efetiva espectroscópica (linhas de OH e H2O) e de abundâncias químicas.

 

O resultado mais importante deste trabalho foi a demonstração que se pode fazer uma análise de abundâncias detalhada de 13 elementos químicos a partir de espectros APOGEE de estrelas anãs-M. Este é o primeiro estudo deste tipo e a primeira vez que abundâncias químicas detalhadas de um grande número de elementos são apresentadas para anãs-M, e, em particular, para duas estrelas estrelas anãs-M que hospedam exoplanetas descobertos pela missão Kepler. Este trabalho pioneiro abrirá uma nova janela no estudo desta classe estelar.

 

O estudo da composição química das estrelas com exoplanetas, Kepler-138 e Kepler- 186, mostrou que ambas possuem metalicidades próximas da solar, onde: [Fe/H] = -0.09 ± 0.09 dex e [Fe/H] = -0.08 ± 0.10 dex, para Kepler-138 e Kepler-186, respectivamente. As razões C/O obtidas foram: C/O = 0.55 ± 0.10 para Kepler-138 e 0.52 ± 0.12 para Kepler-186. Além disto, observamos que a estrela Kepler-186 é mais rica em silício, [Si/Fe] = +0.18, elemento este que controla a estrutura interna de planetas rochosos.

 

A Figura 1 apresenta a distribuição da razão Mg/Si sobre C/O para as duas estrelas analisadas em comparação com resultados da literatura para estrelas do tipo Solar. É evidente que Kepler 186 possui um padrão químico diferenciado, a alta razão de Mg/Si nesta estrela pode interferir diretamente nos tipos de compostos nos seus exoplanetas. Por exemplo, no exoplaneta rochoso que também esta localizado na zona habitável, o Kepler 186-f, uma baixa razão de Mg/Si pode acarretar em uma crosta muito mais densa, uma vez que sobre densidade de silício deve competir com o ferro nas camadas internas da estrela. Esta discussão foi tema da edição de abril da revista Fapesp, que pode ser acessada aqui, em português.

 

 

Figura 1 - diagrama C/O versus Mg/Si. Nossos resultados para Kepler-138 e Kepler-186 são mostrados como triângulos azuis e vermelhos. As linhas tracejadas representam os valores solares para as relações C/O e Mg/Si. Os círculos verdes são estrelas com exoplanetas detectados e pontos cinzentos referem-se a estrelas com status de hospedagem de planeta desconhecido de Brewer & Fisher (2016). Os diamantes roxos são estrelas Kepler com pequenos planetas de Schuler et al. (2015). O painel superior mostra um histograma da distribuição normalizada de Mg/Si, assim como no painel direito para C/O. 

 

 

Comparações das metalicidades obtidas para as duas estrelas analisadas com metalicidades derivadas a partir de espectros de baixa resolução da literatura indicam possíveis diferenças sistemáticas de ∼ 0.2 dex. Comparações futuras usando amostras maiores de espectros APOGEE podem auxiliar em calibrações para espectros de baixa resolução de anãs M.

 

 

 

 

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