El impacto de los discos de acreción en el giro de las enanas M
Este artículo examina cómo los discos de acreción influyen en la rotación de las enanas M.
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Tabla de contenidos
En este artículo, vamos a hablar sobre cómo un Disco de Acreción afecta el giro y la rotación de las enanas M, que son un tipo de estrella pequeña. Vamos a ver dos resultados principales: uno sobre cómo el disco impacta el Momento Angular de la estrella y el otro sobre el momento angular de la estrella después de la fase del disco. Ambos hallazgos nos ayudan a entender cómo estas estrellas evolucionan y cambian con el tiempo.
Influencia del Disco de Acreción en el Giro Estelar
Un disco de acreción es una estructura formada por gas y polvo que se agrupa alrededor de una estrella, lo cual puede afectar cómo gira la estrella. A medida que el disco es atraído hacia la estrella, puede transferir parte de su momento a la propia estrella. Esta transferencia es importante para entender cómo evoluciona el giro de las enanas M.
En nuestros estudios, analizamos diferentes condiciones iniciales para la estrella y el disco. Observamos que a medida que el disco se desvanece, el giro final de la estrella puede cambiar bastante. Este cambio depende de factores como qué tan rápido está girando inicialmente el disco y cuán masivo es.
Realizamos simulaciones para comprender mejor este proceso. Descubrimos que la influencia del disco en el giro de la estrella es más fuerte cuando el disco todavía es relativamente masivo y está perdiendo material a un ritmo constante. Cuando la masa del disco disminuye a cierto punto, deja de tener un impacto significativo en la rotación de la estrella.
Los resultados de nuestras simulaciones son consistentes con lo que observamos en la naturaleza. Pudimos comparar nuestras tasas de acreción de disco y sus duraciones con observaciones reales, y encontramos que coinciden bien. Esto respalda la idea de que nuestros modelos reflejan con precisión cómo se comportan estos sistemas en realidad.
Observaciones de las Tasas de Acreción
Para profundizar en nuestros hallazgos, analizamos cómo cambia la tasa de acreción del disco con el tiempo. Esto es importante porque nos ayuda a entender cuánto tiempo permanece el disco y cómo influye en la estrella. Para nuestro modelo, nos enfocamos en dos casos clave.
En un caso, consideramos una estrella de un tamaño específico y un disco con una fuerza impulsora particular. En el otro caso, mantuvimos la estrella igual, pero cambiamos los parámetros del disco. Descubrimos que al observar las condiciones iniciales, podíamos predecir cómo cambiaría el giro de la estrella durante y después de la influencia del disco.
Con el tiempo, encontramos que las tasas iniciales de Pérdida de masa del disco conducen a resultados similares para el giro de la estrella. Sin embargo, si las condiciones iniciales eran diferentes, el giro final podría variar bastante. Esta variabilidad muestra cuán importantes son la estructura y las condiciones del disco para la evolución de la estrella.
Período de rotación y Momento Angular
Luego, examinamos cómo varía el período de rotación final de la estrella dependiendo de su giro inicial y la masa del disco. Este análisis nos mostró que diferentes velocidades iniciales podrían llevar a un aumento o disminución en el período de rotación de la estrella una vez que el disco desaparece.
En nuestras observaciones, notamos tres regiones principales de resultados basados en la influencia del disco. En una región, el giro de la estrella se mantuvo prácticamente sin cambios, lo que significa que su velocidad inicial seguía siendo evidente incluso después de que el disco se había disipado. En otra región, los efectos del disco abrumaron las condiciones iniciales de la estrella, llevándola a giros finales más uniformes.
Este comportamiento indica que el tipo de disco y sus parámetros juegan roles críticos en determinar el futuro giro de las enanas M. La interacción entre el disco y la estrella es un baile complejo que evoluciona a medida que el disco cambia con el tiempo.
Efectos de los Campos Magnéticos
El Campo Magnético de una estrella también juega un papel significativo en su giro y momento angular. Descubrimos que campos magnéticos más fuertes podrían llevar a mayores influencias del disco, lo que a su vez afecta qué tan rápido gira la estrella. Esta relación es particularmente evidente a diferentes velocidades de rotación.
Realizamos simulaciones que mostraron cómo diversas intensidades de campos magnéticos podrían llevar a resultados distintos. Para las estrellas con campos magnéticos fuertes, el disco tiende a reducir la velocidad de la estrella, mientras que campos más débiles podrían permitir un aumento en la velocidad de rotación cuando las condiciones son favorables.
Torque de los Efectos Magnéticos
Los campos magnéticos crean torques que pueden acelerar o desacelerar la rotación de la estrella dependiendo de las condiciones del disco. A medida que el disco pierde masa, el balance entre estos torques puede cambiar significativamente. Vimos que cuando la masa del disco es alta, los efectos magnéticos generalmente fomentan una tendencia a acelerar el giro; en cambio, cuando hay menos masa presente, estos efectos se desplazan y pueden llevar a la estrella a desacelerarse.
Establecimos que la conexión entre el disco y el campo magnético de la estrella es crucial para dar forma al momento angular final tras la fase del disco. La fuerza de estos efectos está estrechamente relacionada con la cantidad de material en el disco y cómo varía su masa.
Transición Fuera de la Influencia del Disco
A medida que el disco se disipa y su material ya no está disponible para influir en la estrella, la estrella se mueve gradualmente hacia un estado más estable. Nuestros modelos sugieren que durante esta transición, las condiciones iniciales juegan un papel cada vez menor en determinar el estado final de la estrella. Eventualmente, el giro de la estrella se vuelve más uniforme entre diferentes condiciones iniciales.
En las fases finales, la interacción con el disco esencialmente "borra" las características de giro iniciales. Esto significa que incluso una estrella que comenzó girando muy rápido podría terminar con un giro más lento si la influencia del disco es lo suficientemente fuerte.
Conclusión
Nuestra investigación ilumina las complejas interacciones entre los discos de acreción y las enanas M. Al analizar los efectos de varios parámetros, como la masa del disco, la velocidad de rotación y los campos magnéticos, obtenemos ideas sobre cómo estas estrellas evolucionan con el tiempo. Estos hallazgos no son solo teóricos; coinciden bien con lo que vemos en el cosmos, apoyando la importancia de nuestros modelos.
La interacción de fuerzas dentro de estos sistemas ilustra la hermosa complejidad de la evolución estelar, donde cada factor contribuye a dar forma al futuro de las estrellas. Entender estas relaciones es vital para estudios posteriores de sistemas estelares similares, mejorando en última instancia nuestra comprensión del universo.
Título: The post-disk (or primordial) spin distribution of M dwarf stars
Resumen: We investigate the influence of an accretion disk on the angular momentum (AM) evolution of young M dwarfs, which parameters govern the AM distribution after the disk phase, and whether this leads to a mass-independent distribution of SAM. We find that above an initial rate $\dot{M}_\mathrm{crit} \sim 10^{-8}~\mathrm{M_\odot/yr}$ accretion "erases" the initial SAM of M dwarfs during the disk lifetime, and stellar rotation converges to values of SAM that are largely independent of initial conditions. For stellar masses $> 0.3~\mathrm{M_\odot}$, we find that observed initial accretion rates $\dot{M}_\mathrm{init}$ are comparable to or exceed $\dot{M}_\mathrm{crit}$. Furthermore, stellar SAM after the disk phase scales with the stellar magnetic field strength as a power-law with an exponent of $-1.1$. For lower stellar masses, $\dot{M}_\mathrm{init}$ is predicted to be smaller than $\dot{M}_\mathrm{crit}$ and the initial conditions are imprinted in the stellar SAM after the disk phase. To explain the observed mass-independent distribution of SAM, the stellar magnetic field strength has to range between 20~G and 500~G (700~G and 1500~G) for a 0.1~$\mathrm{M_\odot}$ (0.6~$\mathrm{M_\odot}$) star. These values match observed large-scale magnetic field measurements of young M~dwarfs and the positive relation between stellar mass and magnetic field strength agrees with a theoretically-motivated scaling relation. The scaling law between stellar SAM, mass, and the magnetic field strength is consistent for young stars, where these parameters are constrained by observations. Due to the very limited number of available data, we advocate for efforts to obtain more such measurements. Our results provide new constraints on the relation between stellar mass and magnetic field strength and can be used as initial conditions for future stellar spin models, starting after the disk phase. (shortened)
Autores: L. Gehrig, E. Gaidos, M. Güdel
Última actualización: 2023-06-07 00:00:00
Idioma: English
Fuente URL: https://arxiv.org/abs/2306.02657
Fuente PDF: https://arxiv.org/pdf/2306.02657
Licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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