Astrosismolog´ıa en estrellas binarias eclipsantes

Abstract

El objetivo de esta tesis es el estudio sismológico de estrellas de tipo solar en sistemas binarios eclipsantes. Las estrellas binarias son los únicos sistemas en los que podemos conocer los parámetros globales de las estrellas que los componen, tales como masa y radio, con una buena precisión. Conocer estas propiedades es importante a la hora de reducir el número de parámetros libres y limitar los posibles escenarios en los modelos de estructura de las estrellas. El trabajo que se ha realizado ha consistido en evaluar las posibilidades observacionales de medir las oscilaciones estelares en este tipo de sistemas y ha tenido dife- rentes aspectos. Por un lado, se han llevado a cabo observaciones fotométricas en Tierra, con el fin de evaluar la dificultad real de la observación sismológica de sistemas binarios desde observatorios terrestres. Por otro lado, se han llevado a cabo estudios de varios sistemas binarios observados fotométricamente por el satélite CoRoT en su detector EXO. Nuestra intención es la obtención de la curva de luz y el análisis espectral de las binarias objeto de estudio. Lo que se persigue es la detección de pulsaciones estelares con un periodo del orden de minutos en estrellas de tipo tardío fundamentalmente. Las campañas de observación en Tierra se han llevado a cabo simultáneamente en los telescopios IAC80, con el fotómetro de lectura rápida TCP, situado en el Observatorio del Teide, y MERCATOR, con la cámara MEROPE, situado en el Observatorio del Roque de los Muchachos.

En cuanto al análisis de las observaciones fotométricas, se ha desarrollado una metodología de análisis sismológico de las series temporales fotométricas. Hemos construido un modelo para cada una de las series temporales obtenidas con el fin de restárselo a los datos y obtener así los residuos, a partir de los cuales vamos a obtener el espectro de potencias que posteriormente será analizado en busca de la signatura sus modos propios de oscilación. Las pruebas efectuadas de la bondad de la metodología nos convencen de que es posible detectarlas, incluso con relaciones señal a ruido bajas.

En el mejor de los casos de las observaciones terrestres, el del sistema binario X Tri (componentes de tipos A3 y G3), se han realizado observaciones en varios filtros y en diferentes telescopios simultáneamente. A pesar de haber conseguido niveles de ruido por debajo de una milimagnitud a frecuencias alrededor de 400 ¿Hz no podemos asegurar haber detectado oscilaciones acústicas. A frecuencias de algunos miliHz, donde se espera encontrar las oscilaciones en estrellas de tipo solar, el ruido es de uno a dos órdenes de magnitud por encima de la señal buscada.

En el caso de las observaciones llevadas a cabo por CoRoT, de 62 sistemas binarios seleccionados correspondientes a la primera época de observación, hemos analizado 12 que tenían las mejores condiciones para el estudio sismológico. A pesar de obtener niveles de ruido bajos, en algunas de ellas cercanos a 1 ppm (partes por millón), en la mayoría de los sistemas estudiados no se ha obtenido ninguna señal claramente por encima del ruido, que pueda indicar una posible estimación de la separación grande en las frecuencias de las oscilaciones de alguna de las dos estrellas que forman parte del sistema binario. En los sistemas corot 01010989680 y corot 0101044194 parece haber la posibilidad de una detección positiva.

La conclusión principal de este estudio es que en la actualidad, utilizando técnicas fotométricas, tanto desde observatorios terrestres como espaciales no es posible una detección de oscilaciones estelares en sistemas binarios eclipsantes con componentes de tipo espectral tardío.

The aim of this thesis is the seismological study of solar-like stars in eclipsing binary systems. Binary stars are the only stellar systems where we can determine with high accuracy way the parameters of the stars, such as their mass and radiu. The knowledge of these properties is crucial to reduce both, the number of free parameters and the possible scenarios of stellar models. In our study we have evaluated the capabilities of different observational techniques to measure stellar oscillations in binary systems. On the one hand, we have carried out ground-based photometric observations in order to assess whether observations such as these can be used for seismological studies of binary systems. On the other hand, we have carried out several studies of binary systems observed with the EXO channel onboard the CoRoT satellite. Our main goals were to obtain the light curves and conduct the spectral analyses of the selected binary systems. We aimed to detect stellar pulsations with periods of the order of minutes on stars of late spectral types. The ground-based observations were carried out simultaneously with the telescope IAC80 at the Observatorio del Teide, with TCP fast readout photometry (Windowed system) based on CCD technology, and the Mercator telescope at the Roque de los Muchachos Observatory, with the MEROPE CCD camera. We have developed a new methodology for the analysis of time series based on photometric observations. We built a model for each of the time series that we then subtracted from the observations to obtain the residuals. With the residuals we determined the power spectra that we used to search for oscillations in the stars. The tests carried out of the goodness of the methodology demonstrated that it is possible to detect oscillations, even with low signal-to-noise ratio data. The binary system X Tri (component A3 and G3 types) has the highest quality observations that we have obtained from the ground. The observations have been taken in several filters and with different telescopes simultaneously. Despite having obtained noise levels below a milimagnitude at frequencies around 400 µHz we cannot confirm that we have detected acoustic oscillations. At frequencies of a few mHz, where we expected to detect oscillations in solar-like stars, the noise level was one to two orders of magnitude above the expected signal. Regarding the observations carried out by CoRoT, out of the 62 binary systems we selected from the first period of observations, we analyzed the 12 best candidates for seismological studies. Despite having low noise levels, about 1 ppm (parts per million) in some cases, in most of the systems studied we have not detected any significant signal above the noise level, that we could use to estimate large separations in frequencies in either of the two components of the system. Only in the systems corot 0101044194 and corot 01010989680 we might have a positive detection. The main conclusion of this study is that to date, using photometric techniques and data from either ground-based observatories or satellites, it is not possible to detect stellar oscillations in eclipsing binary systems with components of late spectral types.