The effect of activity on the fundamental properties of low-mass stars

Abstract

The comparison between stellar structure models and observations of low-mass stars revealed that the stellar radii predicted by models for these stars are about 10% lower than observed, while effective temperatures are about 5% higher. Eclipsing binary stars turned out to be a very useful tool to test stellar structure models because the masses and the radii of its components can be determined with very high accuracy. The analysis of the orbital velocity of each component, observed through the Doppler effect, and the luminosity variability due to eclipses, can lead to the fundamental properties of the stars with accuracies better than the 2% level.<br/><br/>In this thesis, the fundamental properties of the binary systems CM Draconis and IM Virginis have been obtained. The comparison of these systems, as well as other systems with well-known fundamental properties, has been used to test the stellar structure models. The results indicate that the magnetic activity present on these binary stars may be the cause of the differences between models and observations. The magnetic activity has two effects on the stars, on the one hand, activity reduces the efficiency of the convective transport in the stellar interior, and on the other hand, activity may be associated with the appearance of spots on the photosphere of these stars. When both effects are taken into account, stellar structure models correctly reproduce the observations, thus solving the problem of the discrepancies between models and observations for low-mass stars.<br/><br/>KEY WORDS: Low-mass stars, stellar structure, stellar evolution, stellar activity, eclipsing binary stars, spectroscopic binary stars

<I>La comparació entre els models d'estructura estel·lar i les observacions d'estrelles de baixa massa indica que els radis que prediuen els models per a aquestes estrelles són aproximadament un 10% més petits que els que indiquen les observacions, i en canvi les temperatures efectives són un 5% més altes. Les estrelles binàries eclipsants han esdevingut un eina molt útil per testejar aquests models perquè permeten determinar les masses i els radis de les estrelles que formen el sistema binari amb precisions de l'ordre del 2% observant les seves velocitats orbitals, per mitjà de l'efecte Doppler, i els canvis de lluminositat, deguts als eclipsis, per mitjà del seguiment fotomètric.<br/><br/>En aquest treball, s'han obtingut les propietats fonamentals dels sistemes binaris CM Draconis i IM Virginis. La comparació conjunta d'aquests sistemes amb d'altres amb propietats molt ben determinades, s'ha utilitzat per testejar els models d'estructura estel·lar. Els resultats indiquen que l'activitat magnètica present en aquests sistemes és la causant de les diferències entre els models i les observacions. Aquesta activitat té un doble efecte, per una banda redueix l'eficiència del transport convectiu en l'interior de les estrelles, y per altra, provoca l'aparició de taques a la superfície estel·lar. Quan es tenen en compte aquests dos efectes, els models poden explicar les propietats fonamentals dels sistemes binaris eclipsants estudiats, resolent així el problema de la discrepància entre la teoria i les observacions. </I>

RESUMEN DE LA TESIS:<br/><br/>La comparación entre los modelos de estructura estelar y las observaciones de estrellas de baja masa indica que los radios que predicen los modelos para estas estrellas son aproximadamente un 10% más pequeños que los que indican las observaciones, mientras que las temperaturas efectivas son un 5% más altas. Las estrellas binarias eclipsantes han demostrado ser una herramienta muy útil para testear estos modelos ya que permiten obtener las masas y los radios de la estrellas que componen el sistema binario con precisiones del orden del 2% a través de la observación de sus velocidades orbitales, mediante el efecto Doppler, y los cambios de luminosidad, debidos a los eclipses, mediante el seguimiento fotométrico.<br/><br/>En este trabajo, se han obtenido las propiedades fundamentales de los sistemas binarios CM Draconis e IM Virginis. La comparación conjunta de estos sistemas, junto con otros con propiedades muy bien determinadas, se ha utilizado para testear los modelos de estructura estelar. Los resultados indican que la actividad magnética presente en estos sistemas es la causante de las diferencias entre los modelos y las observaciones. Esta actividad tiene un doble efecto, por un lado disminuye la eficiencia del transporte convectivo en el interior de las estrellas, y por otro, provoca la aparición de manchas en las superficie estelar. Teniendo en cuenta estos dos efectos, los modelos estelares pueden explicar las propiedades fundamentales de los sistemas binarios eclipsantes estudiados, resolviendo así el problema de la discrepancia entre la teoría y las observaciones.<br/><br/>Palabras clave: Estrellas de baja masa, Estructura estelar, Evolución estelar, Actividad estelar, Estrellas binarias eclipsantes, Estrellas binarias espectroscópicas