Población y función de masa subestelar en regiones de formación estelar

Resumen

Esta tesis doctoral se centra en la búqueda y caracterización de enanas marrones (cuerpos celestes con ~13-75 veces la masa de Júpiter, MJup) y objetos aislados de masa planetaria (con masas por debajo del límite de combustión del deuterio a ~13MJup) en las regiones de formación estelar Sigma Orionis (~3 Ma) y Upper Scorpio (~5 Ma). En el cúmulo Sigma Orionis los descubrimientos doblan el número de candidatos de masa planetaria conocidos hasta la fecha y en Upper Scorpio se identificaron los candidatos a planetas aislados menos masivos conocidos en toda la asociación. Los avances en este campo son claves en la determinación de la función de masa subestelar. Lograr determinar el valor de masa mínimo hasta el que se pueden formar objetos mediante mecanismos similares a los de las estrellas es un parámetro crítico para explicar los procesos de formación estelar y subestelar. La búsqueda en el cúmulo Sigma Orionis (~3 Ma, ~352 pc, baja extinción, metalicidad solar) combina una profundidad homogénea, un amplio cubrimiento espacial (>75 %) y un alto porcentaje de miembros confirmados (~70%) lo que ha permitido estudiar la distribución espacial, frecuencia de discos y función de masa del cúmulo. La exploración está enfocada en un área circular de 2798.4 arcmin2 alrededor del sistema múltiple Sigma Ori. Las observaciones VISTA más profundas alcanzan magnitudes de completitud de 22.6 y 21 en los filtros Z y J, respectivamente. Para derivar los resultados aquí presentados, se ha combinado la fotometría VISTA (ZY JHKs) con datos en el óptico (I) y en el infrarrojo cercano (filtros W1, W3 de WISE y [3.6], [4.5], [8.0] de Spitzer). Se han encontrado 210 candidatos con magnitudes en el rango J=13-20mag y que de acuerdo con isocronas teóricas de 3Ma corresponden al intervalo 0.25-0.004 Msol, 23 de los cuales son nuevos candidatos con masas en el rango 0.011-0.004Msol, es decir, dentro del dominio de masas planetarias del cúmulo. Uno de los nuevos candidatos presenta colores compatibles con una enana de tipo T. La confirmación de la presencia de metano en su atmósfera y por tanto de su tipo espectral se llevaron a cabo haciendo uso de fotometría con el filtro de metano en la banda H obtenida con LIRIS/WHT. Usando el catálogo Mayrit, se presenta la función de masa del cúmulo cubriendo un amplio rango de masas desde ~19 hasta 0.004Msol. Este estudio indica que la función de masa de Sigma Orionis es una distribución creciente y se extiende dentro del régimen de masas planetarias. Sin embargo, el número de objetos de tipo T hallados en la exploración VISTA Sigma Orionis es menor que lo predicho por la extrapolación de la función de masa del cúmulo hasta la completitud de la búsqueda en banda J. Esto parece indicar que la función subestelar del cúmulo tiene un cambio de pendiente alrededor de las 0.004Msol (asociada a la formación restringida de este tipo de objetos fríos en cúmulos abiertos o a interacciones dinámicas fuertes que ocasionan la eyección de los objetos menos masivos después de ser formados) o que los objetos de tipo T del cúmulo son más débiles que lo predicho por los modelos. Previo a este estudio en el cúmulo Sigma Orionis se han identificado dos candidatos de tipo espectral T: SOri70 (Zapatero Osorio et al. 2002a) y SOri73 (Bihain et al. 2009). El primero tiene un tipo espectral T5.5+/-1 medido a partir de su espectro de baja resolución en el infrarrojo cercano en las bandas H y K. Usando imágenes en el filtro de metano de HAWK-I/VLT se ha realizado una búsqueda profunda (J=19-21.7mag dentro de completitud) para identificar candidatos de tipo T adicionales. Ninguno de los candidatos seleccionados mediante cortes fotométricos apropiados aparece como un candidato concluyente. Se han analizado las propiedades atmosféricas de S Ori 73, confirmando por primera vez su absorción de metano en la banda H y estimando su tipo espectral como una enana de tipo T4+/-1. En el mismo trabajo, se ha estudiado la pertenencia al cúmulo de S Ori 70 y S Ori 73 por medio de sus colores fotométricos y un análisis de movimientos propios. El resultado de este estudio arroja para ambos objetos medidas de movimiento propio mayores que las del movimiento de Sigma Orionis, dejando así, incierta la pertenencia de las dos fuentes al cúmulo. SOri73 tiene colores similares a las enanas de tipo T3-T5 del campo, lo que adicionalmente a su movimiento propio, sugiere que se trata de una enana del campo localizada a 170-200pc de distancia. El origen de SOri70 sigue sin ser claro: podría tratarse de una enana del campo aislada de tipo T intermedio o tardío con colores peculiares, o un planeta eyectado a través de interacciones dinámicas fuertes desde Sigma Orionis o alguna región de formación estelar en Orión. En la asociación Upper Scorpio (~5Ma, ~145pc, baja extinción, metalicidad solar) se realizó una exploración de 1.17grados2 usando datos VIMOS/VLT (Iz) combinados con fotometría UKIDSS DR8 (ZYJHK). Este estudio es sensible dentro completitud a la detección de enanas de tipo M tardías hasta objetos de tipo T intermedios. El área explorada es la única en todo Upper Scorpio en donde se ha cubierto la población de masas planetarias hasta las 0.004 Msol. Como resultado se han identificado 4 candidatos que siguen la secuencia de la asociación desde las enanas marrones de baja masa (~0.025Msol) hasta objetos aislados de masa planetaria (~0.004 Msol). Tres de los objetos son nuevos candidatos y presentan colores consistentes con enanas de tipo L tardío. Sus movimientos propios son compatibles con su pertenencia a la asociación. Estos candidatos serían los miembros menos masivos (~5-7MJup) conocidos hasta la fecha en Upper Scorpio.