Estudio en el infrarrojo lejano de estrellas evolucionadas de masa baja e intermedia usando datos espectroscópicos de los instrumentos de Herschel PACS y SPIRE

Resumen

En esta tesis se ha llevado a cabo, por primera vez, un estudio homogéneo y sistemático de una amplia muestra de estrellas evolucionadas con masas menores a 8 masas solares caracterizando las regiones más internas de las envolturas circumestelares utilizando los espectros generados con los instrumentos PACS (50-220 micras) y SPIRE (200-600 micras) del telescopio espacial Herschel. Como primer paso, fue necesario realizar una recopilación de todas las observaciones espectroscópicas realizadas con PACS y SPIRE relacionadas con estrellas evolucionadas no masivas disponibles en el Archivo Científico de Herschel. Una vez identificadas las observaciones que queríamos incluir en nuestra tesis desarrollamos uno de las fases más importantes de este proyecto consistente en la reducción sistemática de los datos. Como resultado se obtuvieron 220 espectros de PACS asociados a 114 objetos distintos y 109 espectros de SPIRE asociados a 68 estrellas que fueron incorporadas en sendos catálogos (uno para los datos de PACS y otro para los de SPIRE) para ser utilizados por toda la comunidad científica. Tras este paso, se inició la fase de estudio y caracterización de las envolturas circumestelares. El uso de las líneas rotacionales de emisión de CO nos ha dotado de una valiosa información al cubrir un amplio rango de líneas rotacionales desde la generada por la transición J=4-3 hasta la J=42-41. Los flujos estimados para todas estas líneas fueron la pieza fundamental para poder derivar, posteriormente, la masa total en emisión, la temperatura rotacional del gas o la tasa de pérdida de masa de la estrella, haciendo uso del método de diagramas rotacionales. En los estudios realizados separamos las muestras en función de su tipo químico. De los análisis rotacionales obtuvimos los siguientes resultados: las temperaturas rotacionales estimadas para ambas muestras de estrellas oxigenadas y carbonadas, con datos de PACS, cubren un rango similar entre los 200 y los 700 K. Por su parte, las masas totales derivadas varían entre las 10 -6 and 10 -2 masas solares que dan lugar a unas tasas de pérdida de masa entre las 10 -7 y las 10 -4 masas solares por año. Por otro lado, analizando los resultados de SPIRE, obtuvimos menores temperaturas rotacionales (40-90 K) y valores de masas algo mayores que varían entre las 10 -5 and 10 -1 masas solares. Finalmente, los valores de tasas de pérdida de masa son muy similares a los ya encontrados en PACS. El estudio conjunto de los datos incorporados en esta tesis es de gran interés ya que nos ha permitido obtener un visión global de las propiedades físicas del gas presente en las envolturas estelares en diferentes regiones de las mismas. Hemos sido capaces de obtener una estimación aproximada de cómo varía el perfil de temperaturas a lo largo de la envoltura encontrando un perfil más suave en regiones más cercanas a la estrella central. Por último, destacamos la anticorrelación identificada entre la masa total y la temperatura rotacional. Tras el análisis de los datos realizado, podemos concluir que los espectros obtenidos con el instrumento PACS han demostrado poseer un valor único a la hora de estudiar por primera vez de forma sistemática las regiones más internas de las envolturas de un amplio número de fuentes. La buena congruencia encontrada entre nuestros resultados y aquellos obtenidos en trabajos anteriores, encontrados en la literatura, permiten confirmar que la técnica de los diagramas rotacionales es un método suficientemente bueno para obtener estimaciones razonables de magnitudes fundamentales, tales como la masa y la temperatura promedio en las regiones de emisión. Finalmente, esta tesis, junto con los datos proporcionados en el catálogo, puede ser tomada como un base firme sobre la que ampliar los estudios aquí presentados con nuevas observaciones y una muestra de objetos más amplia que permita confirmar de una forma estadísticamente significativa, las tendencias e interpretaciones derivadas actualmente.