Espectroscopía de estrellas FGKM para la explotación científica de la búsqueda de exoplanetas con CARMENES / Spectroscopy of FGMK-Type Stars for the Scientific Exploitation of the CARMENES Exoplanet Search

Resumen

El creciente interés que suscita la búsqueda de exoplanetas ha conducido en los últimos años al desarrollo de espectrógrafos de alta resolución como CARMENES, instalado en el telescopio de 3.5 m del observatorio de Calar Alto en Almería (España), con el objetivo de mejorar las medidas de velocidad radial y permitir la detección de planetas de tipo terrestre alrededor de estrellas distintas al Sol. En este contexto, la determinación de los parámetros atmosféricos estelares constituye un paso crucial para caracterizar los sistemas de exoplanetas descubiertos hasta la fecha y para arrojar luz sobre su formación y evolución mediante la planetología comparada, que pretende relacionar las propiedades de los exoplanetas con las de sus estrellas anfitrionas. En esta tesis doctoral se ha llevado a cabo una caracterización fotosférica de estrellas de tipos FGKM observadas con CARMENES en el contexto de la librería estelar y el programa de observaciones de tiempo garantizado del instrumento. Para ello, se han empleado tanto el método de anchuras equivalentes como la técnica de síntesis espectral sobre espectros de alta resolución en el óptico (R igual a 94600, 520¿960 nm) y en el infrarrojo cercano (R igual a 80400, 960-1710 nm). Los espectros de estrellas de tipo FGK se han caracterizado con el código StePar como implementación del método de anchuras equivalentes, mientras que los espectros de estrellas de tipo M se han analizado con el código SteParSyn, una implementación bayesiana de la síntesis espectral basada en cadenas de Markov Monte Carlo. Ambos códigos son adecuados para una determinación precisa de los parámetros atmosféricos estelares de estrellas de tipo tardío, en particular la temperatura efectiva, la gravedad superficial y la metalicidad estelar. El análisis ha permitido determinaciones homogéneas de parámetros estelares para 65 estrellas de tipo FGK (Marfil et al. 2020, MNRAS, 492, 5470) y 343 enanas de tipo M (Marfil et al. 2021, Astronomy and Astrophysics, 656, A162) observadas con CARMENES. La inclusión del infrarrojo ha conducido a la selección de 653 y 23 líneas de Fe I y Fe II, respectivamente, útiles para el método de anchuras equivalentes. Esto significa doblar el número de líneas usadas típicamente en estudios clásicos restringidos a la región óptica. El estudio del impacto de las líneas infrarrojas de Fe I y Fe II en la determinación de parámetros de estrellas de tipo FGK ha revelado una escala en temperatura efectiva más profunda que parece estar vinculada a una mayor sensibilidad de estas líneas a este parámetro. Sin embargo, la escasez de líneas de Fe II en la región infrarroja ha impedido un análisis que dependa de esta ventana únicamente. De la misma manera, 75 líneas de Ti I y Fe I, magnéticamente insensibles, han sido cuidadosamente seleccionadas para el análisis de las enanas de tipo M con síntesis espectral. La metodología empleada para el análisis de las enanas de tipo M ha resultado adecuada en el rango M0.0 V a M7.0 V, pero no más allá, debido a la escasez de líneas de Ti I y Fe I y la insensibilidad de las bandas de TiO a la temperatura efectiva como resultado de la formación de polvo. Aunque la escala de temperatura efectiva obtenida concuerda con las de la literatura, se observan grandes discrepancias entre las escalas de metalicidad, probablemente como resultado de las diferentes metodologías y conjuntos de líneas consideradas. No obstante, hay congruencia con la distribución de metalicidad en estrellas de tipo FGK en el vecindario solar y buena correlación con la pertenencia cinemática de las estrellas a las poblaciones de la Galaxia. Por último, se encuentra buena concordancia en temperatura efectiva para enanas de tipo M con determinaciones interferométricas del diámetro angular, así como en la metalicidad entre las componentes en sistemas binarios FGK+M y M+M incluidos en la muestra.