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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.14.2017.tde-12042021-131606
Documento
Autor
Nome completo
Leandro Rocha Rímulo
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2017
Orientador
Banca examinadora
Carciofi, Alex Cavalieri (Presidente)
Baptista, Raymundo
Bjorkman, Jon Eric
Maciel, Walter Junqueira
Rivinius, Thomas Jürgen
Título em inglês
The life cycles of viscous decretion disks around Be stars: fundamental disk parameters in the SMC
Palavras-chave em inglês
circumstellar matter
hydrodynamics
radiative transfer
stars: Be stars
stars: mass-loss
techniques: photometric
Resumo em inglês
Be stars are main-sequence massive stars with emission features in their spectrum, which originates from a circumstellar gaseous disk. Even though the viscous decretion disk (VDD) model can satisfactorily explain most observations, two important physical ingredients, namely the magnitude of the viscosity (alpha) and the disk mass injection rate, remain poorly constrained. In addition, substantial work remains to be done in order to fully understand the life cycles of these disks: how fast they grow and dissipate, for how long they last, etc. The light curves of Be stars that undergo events of disk formation and dissipation offer an opportunity to study their life cycles and to constrain the disks fundamental properties. A pipeline was developed to model these events that uses a grid of synthetic light curves, computed from detailed hydrodynamic simulations combined with radiative transfer calculations. Comparison between model and data was made possible by two empirical laws we discovered, which closely match the photometric behaviour of the events. A sample of 54 Be stars from the OGLE survey of the Small Magellanic Cloud (SMC) was selected for this study. The typical mass and angular momentum loss rates associated with the disk events are of the order of 10E-10 solar masses per year and 5E36 g/(cm^2 s^2), respectively. We showed that the angular momentum lost by the star, even for the events with the densest disks, was still smaller than the required by the best evolutionary models so that the stars do not reach their break-up velocities. These numbers offer, for the first time, constraints on the internal angular momentum transport mechanisms of fast rotating massive stars. This work also increased the number of Be stars whose alpha parameters have been determined by 54 times, and it represents the first statistically significant determination of alpha for Be stars. The values of alpha found are typically of a few tenths, consistent with recent results in the literature and with the ones found in dwarf novae, but larger than the current theory predicts. Considering the sample as a whole, the viscosity parameter is roughly two times larger at build-up (alpha_bu = 0.63) than at dissipation (alpha_d = 0.29). Further work is necessary to verify whether this trend is real or a result of some of the model assumptions. If real, this is a phenomenon worth further investigation, as it may lead to clues as to the origin of anomalous viscosity in astrophysical disks. In the near future, we intend to extend our work to Be stars fromthe Large Magellanic Cloud (LMC) and from the Galaxy, by making use of the many photometric surveys, with years of coverage, available.
Título em português
Os ciclos de vida dos discos viscosos de decreção de estrelas Be: parâmetros fundamentais de discos na Pequena Nuvem de Magalhães
Palavras-chave em português
estrelas: estrelas Be
estrelas: perda de massa
hidrodinâmica
matéria circunstelar
técnicas: fotometria
transferência radiativa
Resumo em português
Estrelas Be são estrelas massivas na sequência principal, com emissões em seus espectros que se originam de um disco circunstelar gasoso. Embora o modelo de disco viscoso de decreção (viscous decretion disk - VDD) seja capaz de explicar satisfatoriamente a maior parte das observações, dois ingredientes fsicos: a magnitude da viscosidade (alpha) e a taxa de injeção de massa no disco, ainda são muito pouco conhecidos. Além disso, muito trabalho ainda precisa ser feito para que entendamos os ciclos de vida desses discos: quão rápido eles crescem e dissipam, quanto tempo eles duram, etc. As curvas de luz de estrelas Be que produzem eventos de formação e dissipação de disco oferecem uma oportunidade de se estudar os seus ciclos de vida e de estimar as propriedades fundamentais dos discos. Uma lista de procedimentos (um pipeline) foi desenvolvida para modelar esses eventos. Ela usa uma grade de curvas de luz sintéticas, computadas a partir de simulações hidrodinâmicas detalhadas combinadas com cálculos de transferência radiativa. A comparação entre modelos e dados foi possvel utilizando-se de duas leis empricas que descobrimos, que imitam bastante o perfil fotométrico dos eventos. Uma amostra de 54 estrelas Be do survey OGLE na direção da Pequena Nuvem de Magalhães (Small Magellanic Cloud - SMC) foi selecionada para este estudo. As taxas tpicas de perda de massa e momento angular associadas aos eventos são da ordem de 10E10 massas solares por ano e 5E36 g/(cm^2 s^2), respectivamente. Nós demonstramos que o momento angular perdido pela estrela, mesmo para os eventos associados aos discos mais densos, ainda está abaixo que o requerido pelos melhores modelos de evolução estelar, de tal forma que as estrelas não alcancem suas velocidades de ruptura (break-up velocities). Nossos números oferecem, pela primeira vez, restrições aos mecanismos internos de transporte de momento angular de estrelas massivas em alta rotação. Este trabalho também aumentou em 54 vezes o número de estrelas Be cujos parâmetros alpha foram determinados, e ele representa a primeira determinação estatstica do parâmetro alpha para estrelas Be. Os valores de alpha encontrados são, tipicamente, da ordem de alguns décimos, consistentes com os resultados recentes na literatura e com os valores encontrados para as novas anãs, mas maiores que os preditos pela teoria atual. Considerando a amostra como um todo, o parâmetro de viscosidade é aproximadamente duas vezes maior na formação (alpha_bu = 0.63) do que na dissipação (alpha_d = 0.29). Pesquisa futura é necessária para verificar se essa tendência é real ou um resultado de nossas considerações feitas nos modelos. Se real, este fenômeno merece ser melhor investigado, já que ele pode fornecer indcios da origem da viscosidade anômala de discos astrofsicos. No futuro próximo, nós estenderemos o nosso trabalho para estrelas Be da Grande Nuvem de Magalhães (Large Magellanic Cloud - LMC) e da Galáxia, através do uso dos muitos surveys fotométricos disponveis que contêm coberturas temporais de anos.
 
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Data de Publicação
2021-04-12
 
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