Actividad y rotación de estrellas jóvenes en la era de los grandes censos del firmamento

Abstract

El estudio de los procesos físicos que rigen la evolución temprana de las estrellas representa un campo fundamental en la astrofísica moderna. Esta tesis se centra en la caracterización de la actividad y rotación estelar en objetos estelares jóvenes (YSOs) en las regiones de formación estelar de Orión y Tauro, con énfasis en las estrellas T Tauri (TTS), tanto estrellas con disco en acreción (CTTS) como estrellas sin este tipo de discos protoplanetarios (WTTS). Se utilizaron observaciones multibanda (ópticas, ultravioletas y de rayos X) provenientes de misiones como TESS, GALEX y XMM-Newton, además de espectros ópticos de Hectospec, FAST y LAMOST, datos astrométricos y fotométricos de Gaia y 2MASS, así como herramientas computaciones desarrolladas por colaboradores del grupo de investigación ARYSO para medir parámetros estelares como la masa y edad estelar (MassAge) y su periodo de rotación (TESSExtractor).

Con el fin de procesar y analizar de forma sistemática grandes volúmenes de datos, en este trabajo se desarrollaron dos herramientas computacionales principales: CATTS (Calculator of Activity in T Tauri Stars), enfocada en la medición automática de índices espectroscópicos de actividad cromosférica, y FLAN (Flare Analyzer), diseñada para detectar y caracterizar eventos eruptivos (flares) en curvas de luz. Estas herramientas permitieron explorar propiedades como los índices logR′HK y logR′IRT , la relación entre actividad y masa, edad, rotación, y la ocurrencia de eventos eruptivos a diferentes escalas temporales.

Con CATTS se validó el índice logR′HK como un trazador robusto de actividad cromosférica, encontrando que esta actividad es mayor en estrellas TTS que en la contraparte en secuencia principal de la misma masa. También se observaron correlaciones con la masa estelar mostrando un nivel de saturación alrededor de −3,5 para estrellas con más de 0,5 M⊙. Con FLAN, se detectaron y caracterizaron eventos de flare en 346 estrellas de Tauro, permitiendo determinar energías bolométricas, duraciones, amplitudes y tasas de ocurrencia. Este estudio representa el mayor censo sistemático de flares en la región de Tauro, hasta la fecha. Se observó que las estrellas con detección en rayos X y UV tienden a presentar más flares, y que aquellos con mayor actividad cromosférica generan eventos más energéticos y frecuentes. También se encontró que las estrellas TTS tienden a generar flares más energéticos, frecuentes y duraderos que las estrellas de secuencia principal. Las mediciones UV con GALEX permitieron identificar una correlación inédita entre la amplitud media de los flares ópticos y el índice de color entre las bandas del lejano y cercano UV (FUV-NUV), reforzando su utilidad para confirmar que este tipo de eventos son detectables en diferentes regiones del espectro. Se encontró que, en general, las WTTS presentan niveles más altos de actividad magnética respecto a las estrellas más evolucionadas. Asimismo, el análisis de curvas de luz de TESS reveló que los periodos de rotación de las CTTS son mayores a los de las WTTS, lo cual es coherente con los modelos de disk-locking. El trabajo también puso en evidencia diferencias entre estrellas totalmente y parcialmente convectivas, tanto en la actividad como en la producción de flares, lo que tiene implicaciones directas sobre los mecanismos de dínamo en estrellas jóvenes. Además, se identificó una relación entre el número de Rossby y la saturación magnética, contribuyendo al estudio del comportamiento del dínamo estelar con su rotación y actividad en las fases PMS.

Finalmente, las herramientas y bases de datos generadas en este trabajo constituyen una plataforma versátil para estudios futuros sobre evolución estelar temprana, rotación, magnetismo y variabilidad en estrellas de baja masa. Esta tesis no sólo aporta resultados científicos concretos, sino que establece un marco metodológico replicable para abordar preguntas abiertas sobre la física estelar en etapas de formación. (Texto tomado de la fuente).

The study of the physical processes that govern the early evolution of stars is a fundamental area in modern astrophysics. This thesis focuses on the characterization of stellar activity and rotation in young stellar objects (YSOs) located in the star-forming regions of Orion and Taurus, with an emphasis on T Tauri stars (TTS), including both accreting disk-bearing stars (CTTS) and non-accreting stars lacking protoplanetary disks (WTTS). Multiwavelength observations were used (optical, ultraviolet, and X-rays) from missions such as TESS, GALEX, and XMM-Newton, along with optical spectra from Hectospec, FAST, and LAMOST, astrometric and photometric data from Gaia and 2MASS, and computational tools developed by collaborators from the ARYSO research group to estimate stellar parameters such as mass and age (MassAge), and rotation periods (TESSExtractor).

To process and analyze large volumes of data in a systematic way, two computational tools were developed in this work: CATTS (Calculator of Activity in T Tauri Stars), focused on the automatic measurement of chromospheric activity indices, and FLAN (Flare Analyzer), designed to detect and characterize eruptive events (flares) in light curves. These tools enabled the exploration of properties such as the logR′ HK and logR′IRT indices, the relationships between activity and stellar mass, age, and rotation, and the occurrence of flares over different timescales.

Using CATTS, the logR′HK index was validated as a robust tracer of chromospheric activity, showing that TTS display higher activity levels than their main-sequence counterparts of the same mass. Correlations with stellar mass were also found, with saturation occurring around logR′HK∼ −3,5 for stars with masses above 0.5 M⊙. With FLAN, flare events were detected and characterized in 346 stars in Taurus, allowing the determination of bolometric energies, durations, amplitudes, and occurrence rates. This study represents the most comprehensive and systematic flare census in the Taurus region to date. It was found that stars with X-ray and UV detections tend to exhibit a higher flare frequency, and that stars with elevated chromospheric activity produce more energetic and frequent events. TTauri stars were observed to generate flares that are generally more energetic, longer lasting, and more frequent than those observed in main-sequence stars. UV measurements from GALEX revealed a novel correlation between the mean amplitude of optical flares and the color index between the far-UV and near-UV bands (FUV−NUV), reinforcing their utility in confirming that such events are detectable across different spectral regions. In general, WTTS were found to exhibit higher levels of magnetic activity compared to more evolved stars. Additionally, light curve analysis from TESS showed that CTTS rotate more slowly than WTTS, consistent with disk-locking models.

This work also revealed differences in activity and flare production between fully convective and partially convective stars, with direct implications for the operation of dynamo mechanisms in young stars. Furthermore, a relationship was identified between the Rossby number and magnetic saturation, contributing to our understanding of the interplay between rotation, magnetic activity, and stellar dynamos during the PMS phase.

Finally, the tools and datasets developed in this thesis provide a versatile platform for future studies on early stellar evolution, rotation, magnetism, and variability in low-mass stars. Beyond its concrete scientific contributions, this work establishes a replicable methodological framework to address open questions in stellar physics during the formative stages.