ExoplaNeT accRetion mOnitoring sPectroscopic surveY (ENTROPY) - II. Time series of Balmer line profiles of Delorme 1(AB)b

Resumo Técnico: ENTROPY II. Séries temporais de perfis das linhas de Balmer de Delorme 1(AB)b

Problema e Contexto
Os processos de acreção no regime de massa planetária permanecem mal restringidos, apesar de seu papel crítico na formação e evolução de planetas e discos circumplanetários (CPDs). Embora linhas de emissão indicativas de acreção ativa tenham sido detectadas em algumas dezenas de objetos de massa planetária (PMOs), os mecanismos que impulsionam esses fluxos de acreção — especificamente se surgem de funis de acreção magnetosférica ou de choques de acreção localizados — ainda não são totalmente compreendidos. Além disso, as escalas de tempo de variabilidade dessas linhas, que poderiam informar estratégias de detecção para protoplanetas, são mal caracterizadas para companheiros de massa planetária. Estudos anteriores em objetos como PDS 70 b e c, e GQ Lup b, mostraram variabilidade, mas o monitoramento de alta resolução e múltiplos épocas de perfis de linha resolvidos nesta faixa de massa é escasso.

Metodologia
Este estudo apresenta uma campanha de monitoramento espectroscópico óptico de alta resolução (R ≈ 50.000) do companheiro de ∼13 $M_{Jup}$ Delorme 1 (AB)b, conduzida com o instrumento VLT/UVES ao longo de 31 épocas entre outubro de 2022 e janeiro de 2023. As observações cobrem a faixa de comprimento de onda de 330–680 nm, sondando a variabilidade de horas a anos.

A redução e análise dos dados envolveram várias etapas técnicas principais:

1. Extração e Remoção de Contaminação: Devido à proximidade com a estrela binária hospedeira (separação ∼1,77″), um processo de dois estágios foi desenvolvido para subtrair o halo da estrela hospedeira. Isso envolveu o ajuste multi-Gaussiano do sinal primário dentro dos traços espectrais 2D, seguido por uma etapa de pós-processamento para modelar e remover a contaminação estelar residual usando um espectro mestre e um fator de contaminação dependente do comprimento de onda.
2. Decomposição de Linhas: Em vez de assumir perfis Gaussianos, um algoritmo personalizado baseado no método de otimização L-BFGS-B foi empregado para decompor as linhas de emissão de Balmer (H$\alpha$ até H10) em dois componentes estáticos (forma fixa) com amplitudes variáveis. Esta abordagem empírica foi escolhida para lidar com as formas complexas das linhas sem assumir perfis físicos específicos a priori.
3. Modelagem: Os componentes de linha decompostos foram comparados com dois frameworks teóricos:
   • Modelos de Acreção Magnetosférica: Usando os modelos de fluxo de funil de Thanathibodee et al. (2019).
   • Modelos de Choque: Usando os modelos de choque de acreção de Aoyama et al. (2018).
4. Análise de Excesso de UV: O excesso do continuum ultravioleta (abaixo de ∼3700 Å) foi modelado usando modelos de placa (slab models) de emissão de hidrogênio em equilíbrio termodinâmico local (LTE) para derivar luminosidades e taxas de acreção, que foram então comparadas com as derivadas das fluxos de linha.

Principais Resultados

• Detecção e Variabilidade: O estudo detectou linhas de Balmer de H$\alpha$ a H10 e um excesso de continuum UV variável, confirmando a acreção contínua. Todas as linhas e o excesso de UV exibiram variabilidade.
• Estrutura de Dois Componentes: As linhas de emissão foram decompostas com sucesso em dois componentes distintos:
  • Um componente de "asas" largas caracterizado por características de absorção profundas e asas de velocidade estendidas (até ±500 km/s).
  • Um componente de "núcleo" mais estreito com um perfil mais simétrico, do tipo platô.
• Origens Físicas:
  • O componente de asas mostra uma forte correlação com o excesso de UV e é qualitativamente reproduzido pelos modelos de fluxo de funil de acreção magnetosférica. Suas características de perfil (assimetrias, asas largas) são inconsistentes com modelos simples de choque.
  • O componente de núcleo correlaciona-se menos fortemente com o excesso de UV. Embora possa ser reproduzido por modelos de choque de acreção 1D, sua semelhança de perfil com anãs M ativas sugere que também pode originar-se de atividade cromosférica.
• Escalas de Tempo de Variabilidade:
  • Em escalas de tempo de horas, as linhas apresentam baixa variabilidade de fluxo relativo (∼8–10%).
  • Em escalas de tempo de semanas a anos, a variabilidade aumenta significativamente, atingindo até ∼100%.
  • O componente de asas largas exibe a maior variabilidade relativa e é responsável pelas mudanças na forma do perfil da linha, particularmente durante um surto de acreção observado em outubro de 2022. O componente de núcleo mais estreito impulsiona a maior parte da variabilidade absoluta de fluxo.
• Taxas de Acreção: A modelagem do excesso de UV produz taxas de acreção de $\dot{M} \approx (1–3) \times 10^{-12} M_{\odot}/yr$ para a maioria das épocas, com um pico de $\sim 6,6 \times 10^{-12} M_{\odot}/yr$ durante o surto de outubro de 2022. Essas taxas são consistentes com a modelagem das asas e significativamente menores do que as taxas derivadas da modelagem de choque do núcleo.

Significância e Conclusões
O artigo conclui que as propriedades do componente de asas largas apoiam fortemente um cenário de acreção magnetosférica para Delorme 1 (AB)b, fornecendo a primeira evidência de perfil de linha resolvido deste mecanismo em um companheiro de massa planetária. A origem do componente de núcleo estreito permanece ambígua, potencialmente representando uma mistura de choques de acreção e atividade cromosférica.

O estudo destaca que, embora o objeto seja antigo (30–45 Myr), ele retém um reservatório de massa (provavelmente um disco "Peter Pan") e continua a acrecer. O comportamento de variabilidade, caracterizado por baixa variabilidade de curto prazo, mas mudanças significativas de longo prazo, espelha o de estrelas T Tauri. Os autores observam que a variabilidade moderada em escalas de tempo de horas é provavelmente insuficiente para explicar o baixo rendimento de detecção de levantamentos de imagem de H$\alpha$ para protoplanetas, sugerindo que a variabilidade de longo prazo ou outros fatores podem ser mais relevantes. Finalmente, o trabalho ressalta a necessidade de análise multi-época e multi-comprimento de onda para desvendar as complexas geometrias e mecanismos de acreção operando em objetos de massa planetária.