Characterisation of an EXor outburst SPICY 97589

Resumen Técnico: Caracterización de un Erupto EXor SPICY 97589

Problema y Contexto
Las erupciones estelares impulsadas por acreción episódica se consideran ubicuas entre los objetos estelares jóvenes (YSO), sin embargo, relativamente pocos de tales objetos han sido completamente caracterizados. Si bien la acreción es fundamental para el transporte de masa en astrofísica, las observaciones sugieren que no es un proceso en estado estacionario, sino que ocurre en ráfagas episódicas que van desde variabilidad de bajo nivel hasta erupciones dramáticas. Estas se clasifican ampliamente en tipos FU Orionis (FUor), caracterizados por un aumento de brillo de larga duración y alta amplitud, y tipos EX Lupi (EXor), caracterizados por erupciones más cortas y de menor amplitud que se repiten cada pocos años. SPICY 97589 (Gaia23bab) fue identificado como un YSO en erupción en marzo de 2023, habiendo alcanzado ya su brillo máximo. Estudios preliminares anteriores (Kuhn et al. 2023; Giannini et al. 2024; Nagy et al. 2025) proporcionaron un análisis inicial de la curva de luz y estimaciones espectrales aproximadas, pero se requería una caracterización espectroscópica exhaustiva de la estrella central y la dinámica de acreción durante y después de la erupción para comprender plenamente la naturaleza del evento y su impacto en la evolución del disco.

Metodología
Los autores emplearon espectroscopía de resolución media en múltiples bandas, utilizando el instrumento X-Shooter en el Observatorio Europeo Austral (ESO). Las observaciones se realizaron durante dos épocas distintas:

1. Pico de la Erupción: 19 de abril de 2023, aproximadamente dos meses después del pico de la erupción de 2023, cuando el objeto era aún ~2 magnitudes más brillante que en quiescencia.
2. Quiescencia: 25 de julio de 2024, después de que el objeto hubiera regresado a un estado estable y tenue.

El conjunto de datos cubre las bandas UVB (0.3–0.55 µm), VIS (0.55–1.02 µm) y NIR (0.99–2.47 µm). La reducción de datos utilizó el pipeline estándar de X-Shooter (v. 3.6.3) para la calibración de flujo absoluto y Molecfit (v. 1.5.9) para la corrección de efectos atmosféricos (tellúricos).

Para caracterizar la estrella central, los autores aplicaron la herramienta FRAPPE al espectro posterior a la erupción, ya que el espectro durante la erupción estaba demasiado velado por la emisión de acreción para restringir las características fotosféricas. Esta herramienta ajusta una cuadrícula de modelos de placas de acreción, plantillas estelares interpoladas de clase III y leyes de extinción. Los parámetros estelares se restringieron aún más utilizando isócronas de Baraffe et al. (2015).

Las tasas de acreción se derivaron midiendo las anchuras equivalentes (EW) de 22 líneas de emisión (principalmente Hidrógeno, pero también Helio-I y Calcio-II) en los espectros desenrojecidos y con el continuo restado. Los autores utilizaron relaciones establecidas entre la luminosidad de la línea y la tasa de acreción de masa (por ejemplo, Alcalá et al. 2017; Fairlamb et al. 2017). Las líneas de la serie de Balmer fueron excluidas en gran medida del cálculo final de la tasa de acreción debido a los fuertes perfiles P-Cygni que afectan sus anchos equivalentes. El análisis de la curva de luz combinó la fotometría de la banda G de Gaia y la infrarroja media de WISE (W1, W2) para modelar el ascenso y la caída de las erupciones de 2017 y 2023.

Resultados Clave

• Propiedades Estelares: La estrella central se identifica como un objeto de tipo M3.0 con una temperatura efectiva de 3410 K, una extinción de $A_V = 4.4$ y una luminosidad de $0.41 \pm 0.09 L_{\odot}$. Basado en el ajuste de isócronas, la masa estelar se estima en $0.29 \pm 0.05 M_{\odot}$ con una edad de $0.75 \pm 0.5$ Myr.
• Tasas de Acreción: La tasa de acreción de masa durante la erupción de 2023 se midió en $\dot{M} = 2.38 \pm 0.58 \times 10^{-7} M_{\odot} \text{yr}^{-1}$. En el estado de quiescencia posterior a la erupción, la tasa disminuyó a $\dot{M} = 4.24 \pm 0.67 \times 10^{-9} M_{\odot} \text{yr}^{-1}$. Esto representa una disminución de dos órdenes de magnitud.
• Características de la Erupción: La erupción de 2023 alcanzó un pico de 2.51 magnitudes por encima de la magnitud media de quiescencia en la banda G de Gaia, con un ancho a media altura (FWHM) de 237 días y una duración total de 671 días. Esto es ligeramente más fuerte y largo que la erupción de 2017 (duración de 358 días).
• Evolución Espectral: El espectro de la erupción está dominado por un "bosque" de líneas de emisión (series de Balmer, Paschen, Brackett y líneas metálicas como Fe, Ca, Mg). Cabe destacar que las líneas de Balmer exhiben perfiles P-Cygni con picos de absorción y emisión desplazados hacia el rojo, lo que sugiere una geometría de viento de disco inclinada. En contraste, el espectro de quiescencia muestra una transición a emisión débil de doble pico sin absorción P-Cygni, indicando un "apagado" del mecanismo de viento de disco de alta velocidad.
• Atenuación Posterior a la Erupción: A diferencia de otros EXors (por ejemplo, EX Lup) que regresan a niveles pre-erupción, SPICY 97589 permaneció más tenue que su estado pre-erupción inmediatamente después del evento de 2023. Los autores hipotetizan que esto puede resultar del agotamiento del disco interno y del polvo cálido por la erupción.

Significado y Afirmaciones
El artículo confirma a SPICY 97589 como un acreedor episódico de tipo EXor, sumándose a la pequeña población de objetos conocidos de esta clase. El estudio proporciona la primera caracterización robusta de los parámetros de la estrella central (masa, edad, tipo espectral) al utilizar espectros posteriores a la erupción para superar los efectos de velado presentes durante la explosión.

Los autores afirman que la tasa de acreción derivada de $\sim 2.4 \times 10^{-7} M_{\odot} \text{yr}^{-1}$ es consistente con otras mediciones independientes de este objeto tomadas poco después del pico, validando la metodología utilizada. La caída significativa en la tasa de acreción (dos órdenes de magnitud) y la evolución espectral específica (de fuertes perfiles P-Cygni a emisión de doble pico) ofrecen perspectivas sobre los mecanismos físicos que impulsan los vientos de disco y el agotamiento del material del disco interno durante las erupciones.

El artículo señala que SPICY 97589 es notablemente joven ($\sim 0.75$ Myr) en comparación con otros EXors conocidos (por ejemplo, EX Lup a $\sim 3.5$ Myr), desafiando potencialmente la visión clásica de que las erupciones de tipo EXor ocurren solo después de que la envoltura en caída de los objetos de Clase I se ha agotado. Sin embargo, los autores mantienen una postura modesta, reconociendo que las edades isocrónicas para objetivos individuales pueden ser poco fiables y que la discrepancia entre la edad derivada y el índice espectral (que sugiere Clase II) puede deberse a incertidumbres en el modelado o a la alta variabilidad del objeto. El trabajo subraya la importancia de las erupciones de acreción en la ensamblaje de la masa estelar, estimando que se acrecionó $\sim 2.3 \times 10^{-8} M_{\odot}$ solo durante el evento de 2023.