Characterisation of an EXor outburst SPICY 97589

Resumo Técnico: Caracterização de uma Erupção do Tipo EXor SPICY 97589

Problema e Contexto
Erupções estelares impulsionadas por acreção episódica são consideradas ubíquas entre objetos estelares jovens (YSOs), contudo, relativamente poucos desses objetos foram totalmente caracterizados. Embora a acreção seja fundamental para o transporte de massa em astrofísica, observações sugerem que não se trata de um processo em estado estacionário, mas sim que ocorre em rajadas episódicas que variam desde variabilidade de baixo nível até erupções dramáticas. Estas são amplamente classificadas em tipos FU Orionis (FUor), caracterizados por um aumento de brilho de longa duração e alta amplitude, e tipos EX Lupi (EXor), caracterizados por erupções mais curtas e de menor amplitude que se repetem a cada poucos anos. SPICY 97589 (Gaia23bab) foi identificado como um YSO em erupção em março de 2023, tendo já atingido o pico de brilho. Estudos preliminares anteriores (Kuhn et al. 2023; Giannini et al. 2024; Nagy et al. 2025) forneceram análise inicial da curva de luz e estimativas espectrais aproximadas, mas uma caracterização espectroscópica abrangente da estrela central e da dinâmica de acreção durante e após a erupção era necessária para compreender plenamente a natureza do evento e seu impacto na evolução do disco.

Metodologia
Os autores empregaram espectroscopia de resolução média em múltiplas bandas, utilizando o instrumento X-Shooter no Observatório Europeu do Sul (ESO). As observações foram conduzidas durante duas épocas distintas:

1. Pico da Erupção: 19 de abril de 2023, aproximadamente dois meses após o pico da erupção de 2023, quando o objeto ainda estava cerca de 2 magnitudes mais brilhante que o estado de quiescência.
2. Quiescência: 25 de julho de 2024, após o objeto ter retornado a um estado estável e escuro.

O conjunto de dados cobre as bandas UVB (0,3–0,55 µm), VIS (0,55–1,02 µm) e NIR (0,99–2,47 µm). A redução de dados utilizou o pipeline padrão X-Shooter (v. 3.6.3) para calibração de fluxo absoluto e o Molecfit (v. 1.5.9) para correção de efeitos atmosféricos (tellúricos).

Para caracterizar a estrela central, os autores aplicaram a ferramenta FRAPPE ao espectro pós-erupção, pois o espectro durante a erupção estava muito velado pela emissão de acreção para restringir características fotosféricas. Esta ferramenta ajusta uma grade de modelos de placas de acreção, interpolando templates estelares de Classe III e leis de extinção. Os parâmetros estelares foram ainda mais restringidos utilizando isócronas de Baraffe et al. (2015).

As taxas de acreção foram derivadas medindo as larguras equivalentes (EW) de 22 linhas de emissão (principalmente Hidrogênio, mas também Hélio-I e Cálcio-II) nos espectros corrigidos de avermelhamento e com o contínuo subtraído. Os autores utilizaram relações estabelecidas entre a luminosidade da linha e a taxa de acreção de massa (por exemplo, Alcalá et al. 2017; Fairlamb et al. 2017). As linhas da série de Balmer foram amplamente excluídas do cálculo final da taxa de acreção devido a fortes perfis P-Cygni que afetavam suas larguras equivalentes. A análise da curva de luz combinou fotometria da banda G do Gaia e do infravermelho médio do WISE (W1, W2) para modelar o aumento e a queda das erupções de 2017 e 2023.

Resultados Principais

• Propriedades Estelares: A estrela central é identificada como um objeto do tipo M3.0, com uma temperatura efetiva de 3410 K, uma extinção de $A_V = 4,4$ e uma luminosidade de $0,41 \pm 0,09 L_{\odot}$. Com base no ajuste de isócronas, a massa estelar é estimada em $0,29 \pm 0,05 M_{\odot}$, com uma idade de $0,75 \pm 0,5$ Myr.
• Taxas de Acreção: A taxa de acreção de massa durante a erupção de 2023 foi medida em $\dot{M} = 2,38 \pm 0,58 \times 10^{-7} M_{\odot} \text{ano}^{-1}$. No estado de quiescência pós-erupção, a taxa caiu para $\dot{M} = 4,24 \pm 0,67 \times 10^{-9} M_{\odot} \text{ano}^{-1}$. Isso representa uma diminuição de duas ordens de grandeza.
• Características da Erupção: A erupção de 2023 atingiu o pico 2,51 magnitudes acima da magnitude média de quiescência na banda G do Gaia, com uma largura total a meia altura (FWHM) de 237 dias e uma duração total de 671 dias. Isso é ligeiramente mais forte e mais longo que a erupção de 2017 (duração de 358 dias).
• Evolução Espectral: O espectro da erupção é dominado por uma "floresta" de linhas de emissão (séries de Balmer, Paschen, Brackett e linhas metálicas como Fe, Ca, Mg). Notavelmente, as linhas de Balmer exibem perfis P-Cygni com picos de absorção e emissão deslocados para o vermelho, sugerindo uma geometria de vento de disco inclinada. Em contraste, o espectro de quiescência mostra uma transição para emissão fraca e de duplo pico, sem absorção P-Cygni, indicando o "desligamento" do mecanismo de vento de disco de alta velocidade.
• Escurecimento Pós-Erupção: Ao contrário de alguns outros EXors (por exemplo, EX Lup) que retornam aos níveis pré-erupção, SPICY 97589 permaneceu mais escuro que seu estado pré-erupção imediatamente após o evento de 2023. Os autores hipotetizam que isso pode resultar do esgotamento do disco interno e da poeira quente pela erupção.

Significado e Alegações
O artigo confirma SPICY 97589 como um acretor episódico do tipo EXor, adicionando-se à pequena população de objetos conhecidos desta classe. O estudo fornece a primeira caracterização robusta dos parâmetros da estrela central (massa, idade, tipo espectral) ao utilizar espectros pós-erupção para superar os efeitos de velamento presentes durante a explosão.

Os autores afirmam que a taxa de acreção derivada de $\sim 2,4 \times 10^{-7} M_{\odot} \text{ano}^{-1}$ é consistente com outras medições independentes deste objeto realizadas pouco após o pico, validando a metodologia utilizada. A queda significativa na taxa de acreção (duas ordens de grandeza) e a evolução espectral específica (de fortes perfis P-Cygni para emissão de duplo pico) oferecem insights sobre os mecanismos físicos que impulsionam ventos de disco e o esgotamento de material do disco interno durante erupções.

O artigo observa que SPICY 97589 é notavelmente jovem ($\sim 0,75$ Myr) em comparação com outros EXors conhecidos (por exemplo, EX Lup em $\sim 3,5$ Myr), potencialmente desafiando a visão clássica de que erupções do tipo EXor ocorrem apenas após o esgotamento do envelope em queda de objetos de Classe I. No entanto, os autores mantêm uma postura modesta, reconhecendo que idades isocrônicas para alvos individuais podem ser pouco confiáveis e que a discrepância entre a idade derivada e o índice espectral (que sugere Classe II) pode decorrer de incertezas de modelagem ou da alta variabilidade do objeto. O trabalho sublinha a importância das erupções de acreção na montagem da massa estelar, estimando que $\sim 2,3 \times 10^{-8} M_{\odot}$ foram acrecidos apenas durante o evento de 2023.