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Rotation Studies of Young Very Low Mass Stars and Brown Dwarfs

Rodríguez-Ledesma, María Victoria

German Title: Rotationsuntersuchungen von jungen Sternen sehr geringer Masse und Braunen Zwergen

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Abstract

Rotation studies over as large a range of ages and masses as possible are important for constraining the angular momentum evolution of young stellar objects (YSO). Of particular interest are the very low mass (VLM) stars and brown dwarfs (BDs), because of the relatively small number of known rotational periods (Prot) in that mass range. This thesis for the first time provides important information on rotational properties of a large sample of young VLM stars and BDs. The extensive rotational period study of YSOs in the 1 Myr old Orion Nebula Cluster (ONC) presented here is based on a deep photometric monitoring campaign. As a result, 487 periodic variables (PVs) were found (377 of which are new) with estimated masses between 0.5-0.015 M_odot, 124 of which are BD candidates. This is by far the most extensive and complete rotational period data set for young VLM stars and BDs to date. The dependence of the period distribution on mass and level of rotational modulation was investigated and a comparison with higher mass PVs in the ONC and with the PVs in the approx. 2 Myr old open cluster NGC 2264 was carried out. Substellar objects were found to rotate on average faster than the VLM stars, a trend which was already seen for higher mass stars. In addition, the results presented here suggest a dependence of the Prot on position within the ONC, with the objects located near the cluster center showing on average larger Prot. This result can be explained by a possible age spread in the ONC with a somewhat younger central region. An interesting correlation between Prot and modulation amplitude was found in which PVs with larger amplitudes rotate on average slower than those with smaller amplitudes, which can in principle be explained by different magnetic field topologies. In addition, 732 periodic variables in the ONC with known JHK colours were analysed in order to investigate whether rotation periods correlate with the presence of circumstellar accretion disks in particular at very small masses. A highly significant rotation-disk correlation was found among the low and very low mass periodic variables (0.075<M<0.4M$odot), in which objects with NIR excess tend to rotate slower than objects without NIR excess. Interestingly, no correlation was found in the substellar regime. Possible reasons for the absence of such a correlation are discussed in detail.

Translation of abstract (German)

Rotationsuntersuchungen von jungen stellaren Objekten (JSO) "uber einen m"oglichst breiten Massen und Altersbereich sind sehr wichtig, um Einschr"ankungen "uber die Drehimpulsentwickung dieser Objekte zu erhalten. Von besonderem Interesse sind hierbei Sterne sehr geringer Masse (VLM-Sterne)und Braune Zwerge (BZ), da in diesem Massenbereich die Zahl der bekannten Rotationsperioden (P$_{rot}$) relativ klein ist. Diese Doktorarbeit liefert zum ersten Mal wichtige Informationen "uber die P$_{rot}$-Werte eine gross{}en Stichprobe von VLM-Sternen und BZ. \\ Die hier beschriebene ausf"uhrliche Untersuchung der P$_{rot}$-Werte von JSO in dem 10$^6$ Jahre alten Orion Nebel Haufen (ONH) basiert auf tiefen photometrischen Beobachtungen. Es wurden 487 periodisch Ver"anderliche (PV) gefunden (377 davon sind neu) mit abgesch"atzten Massen zwischen 0.5-0.015,M$_{odot}$; 124 von ihnen sind BZ-Kandidaten. Dies ist der bei weitem gr"oss{}te und vollst"andigste P$_{rot}$-Datensatz bei jungen VLM-Sternen und BZ. Die Abh"angigkeit der P$_{rot}$-Verteilung von der Masse und Modulationsamplitude wurde untersucht und ein Vergleich mit den massereichsten PV im ONH und den PV in dem offenen Sternhaufen NGC2264 ($approx$,2,x,10$^6$ Jahre) durchgef"uhrt. Es wurde herausgefunden, dass BZ im Durchschnitt schneller rotieren als VLM-Sterne. Ein solcher Trend wurde bereits bei Sternen h"oherer Masse beobachtet. Dar"uberhinaus geben die hier vorgestellten Ergebnisse Hinweise f"ur eine Abh"angigkeit von P$_{rot}$ von der Lage innerhalb des ONH, wobei Objekte, die in der N"ahe des Haufenzentrums sind im Durchschnitt gr"oss{}ere P$_{rot}$-Werte zeigen. Dieses Ergebnis kann durch eine Altersstreuung im ONH erkl"art werden, mit einer etwas j"ungeren Zentralregion. \\ Es wurde eine interessante Korrelation zwischen P$_{rot}$ und der Modulationsamplitude gefunden, wobei PV mit gr"oss{}eren Amplituden im Durchschnitt langsamer rotieren als solche mit kleineren Amplituden. Dies kann in Prinzip durch verschiedene Topologien des Magnetfeldes erkl"art werden. \\ Dar"uberhinaus wurden 732 PV im ONH mit bekannten JHK-Farben untersucht, ob ihre P$_{rot}$-Werte mit dem Vorhandensein einer zirkumstellaren Akkretionscheibe korreliert, insbesondere bei sehr kleinen Massen. Eine sehr signifikante Korrelation zwischen P$_{rot}$ und dem Vorhandensein einer Scheibe wurde bei PV mit einer geringen bis sehr geringen Masse (0.075$<$,M,$<$,0.4,M$_{odot}$) gefunden, wobei Objekte mit einem NIR-Exzess im Durchschnitt langsamer rotieren, als solche ohne NIR-Exzess. Interessanterweise wurde im substellaren Bereich keine solche Korrelation gefunden. M"ogliche Erkl"arungen f"ur das Fehlen einer solchen Korrelation werden detailiert diskutiert.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Mundt, Prof. Dr. Reinhard
Date of thesis defense: 6. July 2009
Date Deposited: 16. Jul 2009 10:42
Date: 2009
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Astronomy
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
Controlled Keywords: Sternrotation, Drehimpuls, T-Tauri-Stern, Sternaktivität, M-Stern
Uncontrolled Keywords: Sterne kleiner Masse , Drehimpulsproblem , Braune Zwerge , Rotation junger SterneStellar rotation , young stars , brown dwarfs , very low mass stars , angular momentum problem
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