Bárbara Rojas-Ayala: Indicadores de Metalicidad y Temperatura en el espectro infrarrojo cercano de las enanas M

Bárbara Rojas-Ayala actualmente es postdoc en el Centro de Astrofísica de la Universidade do Porto, Portugal. Bárbara cursó su Licenciatura en Astronomía en la Universidad de Chile. En Enero del 2012 obtuvo su Doctorado en Cornell University e hizo su primer postdoc en el AMNH, en Nueva York. Más de ella puedes ver en su página web: http://www.barbararojasayala.com

Este artículo presenta métodos para estimar la temperatura efectiva y metalicidad de las enanas M basados en líneas de absorción presentes en la banda K, en infrarrojo. La metalicidad de las estrellas enanas M ha sido un problema difícil de atacar, ya que estas estrellas al ser pequeñas y no muy masivas, tienen atmósferas lo suficientemente frías como para permitir la formación de moléculas como TiO, CaH, VO en el óptico, y FeH y H2O en el infrarrojo cercano. Esto no permite la utilización de los métodos ocupados en las estrellas F, G y K para estimar la metalicidad de las enanas M. 

Demostramos que las líneas de NaI y CaI y la deformación del espectro de enanas M debido a las moléculas de H2O pueden ser utilizados para estimar las metalicidades de estas estrellas. Nuestras calibraciones reproducen las correlaciones esperadas con los movimientos espaciales galácticos de 133 de las enanas M cercanas, y con la intensidad de sus líneas de emisión de H-alpha.

Fig. 1: La intensidad del ancho equivalente de las líneas de NaI y CaI  permiten discriminar entre las estrellas con metalicidades [M/H] menores que la del sol (puntos azules) y las con [M/H] mayores que la del sol (puntos rojos). Las líneas punteadas representan las líneas de isometalicidad obtenidas con nuestra calibración. Las estrellas con planetas en este trabajo están representadas por estrellas negras, y todas, salvo dos, tienen metalicidades mayores que la solar. 

La metalicidad de las estrellas juega un rol importante en la formación de planetas y con nuestras calibraciones verificamos para las enanas M los resultados empíricos obtenidos en las estrellas F, G, y K, donde las estrellas con Júpiters tienden a ser más ricas en metales, que las estrellas con sólo Neptunos o súper-Tierras. 

Estas calibraciones de metalicidad y temperatura también han sido utilizadas para obtener los tamaños y las zonas de habitabilidad de las enanas M con posibles planetas detectados por el telescopio Kepler, lo que nos permite caracterizar mejor sus planetas.

"Metallicity and Temperature Indicators in M Dwarf K-band Spectra: Testing New and Updated Calibrations with Observations of 133 Solar Neighborhood M Dwarfs"

Bárbara Rojas-Ayala, Kevin R. Covey, Philip S. Muirhead, and James P. Lloyd, 2012

ApJ 748, 93 (2012) - ArXiv:1112.4567

Resumen (en ingles, después del salto):

We present K-band spectra for 133 nearby (d < 33 ps) M dwarfs, including 18 M dwarfs with reliable metallicity estimates (as inferred from an FGK type companion), 11 M dwarf planet hosts, more than 2/3 of the M dwarfs in the northern 8 pc sample, and several M dwarfs from the LSPM catalog. From these spectra, we measure equivalent widths of the Ca and Na lines, and a spectral index quantifying the absorption due to H2O opacity (the H2O-K2 index). Using empirical spectral type standards and synthetic models, we calibrate the H2O-K2 index as an indicator of an M dwarf's spectral type and effective temperature. We also present a revised relationship that estimates the [Fe/H] and [M/H] metallicities of M dwarfs from their Na I, Ca I, and H2O-K2 measurements. Comparisons to model atmosphere provide a qualitative validation of our approach, but also reveal an overall offset between the atomic line strengths predicted by models as compared to actual observations. Our metallicity estimates also reproduce expected correlations with Galactic space motions and Hα emission line strengths, and return statistically identical metallicities for M dwarfs within a common multiple system. Finally, we find systematic residuals between our H2O-based spectral types and those derived from optical spectral features with previously known sensitivity to stellar metallicity, such as TiO, and identify the CaH1 index as a promising optical index for diagnosing the metallicities of near-solar M dwarfs.