TY - THES A1 - Ilić Petković, Nikoleta T1 - Stars under influence: evidence of tidal interactions between stars and substellar companions T1 - Sterne unter Einfluss: Beweise für Gezeitenwechselwirkungen zwischen Sternen und substellaren Begleitern N2 - Tidal interactions occur between gravitationally bound astrophysical bodies. If their spatial separation is sufficiently small, the bodies can induce tides on each other, leading to angular momentum transfer and altering of evolutionary path the bodies would have followed if they were single objects. The tidal processes are well established in the Solar planet-moon systems and close stellar binary systems. However, how do stars behave if they are orbited by a substellar companion (e.g. a planet or a brown dwarf) on a tight orbit? Typically, a substellar companion inside the corotation radius of a star will migrate toward the star as it loses orbital angular momentum. On the other hand, the star will gain angular momentum which has the potential to increase its rotation rate. The effect should be more pronounced if the substellar companion is more massive. As the stellar rotation rate and the magnetic activity level are coupled, the star should appear more magnetically active under the tidal influence of the orbiting substellar companion. However, the difficulty in proving that a star has a higher magnetic activity level due to tidal interactions lies in the fact that (I) substellar companions around active stars are easier to detect if they are more massive, leading to a bias toward massive companions around active stars and mimicking the tidal interaction effect, and that (II) the age of a main-sequence star cannot be easily determined, leaving the possibility that a star is more active due to its young age. In our work, we overcome these issues by employing wide stellar binary systems where one star hosts a substellar companion, and where the other star provides the magnetic activity baseline for the host star, assuming they have coevolved, and thereby provides the host's activity level if tidal interactions have no effect on it. Firstly, we find that extrasolar planets can noticeably increase the host star's X-ray luminosity and that the effect is more pronounced if the exoplanet is at least Jupiter-like in mass and close to the star. Further, we find that a brown dwarf will have an even stronger effect, as expected, and that the X-ray surface flux difference between the host star and the wide stellar companion is a significant outlier when compared to a large sample of similar wide binary systems without any known substellar companions. This result proves that substellar hosting wide binary systems can be good tools to reveal the tidal effect on host stars, and also show that the typical stellar age indicators as activity or rotation cannot be used for these stars. Finally, knowing that the activity difference is a good tracer of the substellar companion's tidal impact, we develop an analytical method to calculate the modified tidal quality factor Q' of individual host stars, which defines the tidal dissipation efficiency in the convective envelope of a given main-sequence star. N2 - Gezeitenwechselwirkungen treten zwischen gravitativ gebundenen astrophysikalischen Körpern auf. Wenn ihr räumlicher Abstand hinreichend gering ist, können die Körper gegenseitig Gezeiten hervorrufen, die eine Drehimpulsübertragung bewirken und den Entwicklungsweg der Körper verändern, den sie als Einzelobjekte einschlagen würden. Die Gezeitenprozesse sind in den Planet-Mond-Systemen des Sonnensystems und in engen Doppelsternsystemen gut bekannt. Wie verhalten sich jedoch Sterne, die von einem substellaren Begleiter (z. B. einem Planeten oder einem Braunen Zwerg) auf einer engen Bahn umkreist werden? In der Regel wandert ein substellarer Begleiter innerhalb des Korotationsradius eines Sterns in Richtung des Sterns, da er an Bahndrehimpuls verliert. Auf der anderen Seite gewinnt der Stern an Drehimpuls, was seine Rotationsrate erhöhen kann. Dieser Effekt dürfte umso ausgeprägter sein, je massereicher der substellare Begleiter ist. Da die Rotationsrate des Sterns und das Niveau der magnetischen Aktivität gekoppelt sind, sollte der Stern unter dem Gezeiteneinfluss des ihn umkreisenden substellaren Begleiters magnetisch aktiver erscheinen. Die Schwierigkeit beim Nachweis, dass ein Stern aufgrund von Gezeitenwechselwirkungen eine höhere magnetische Aktivität aufweist, liegt jedoch darin, dass (I) substellare Begleiter um aktive Sterne leichter aufzuspüren sind, wenn sie massereicher sind, wodurch eine Tendenz zu massereichen Begleitern um aktive Sterne entsteht und der Effekt der Gezeitenwechselwirkung nachgeahmt wird, und dass (II) das Alter eines Hauptreihensterns nicht leicht bestimmt werden kann, so dass die Möglichkeit besteht, dass ein Stern aufgrund seines jungen Alters aktiver ist. In unserer Arbeit überwinden wir diese Hindernisse, indem wir weiträumige Doppelsternsysteme verwenden, in denen ein Stern einen substellaren Begleiter beherbergt und in denen der andere Stern den Referenzwert für die magnetische Aktivität des Wirtssterns liefert im Fall das Gezeitenwechselwirkungen keinen Einfluss auf ihn haben, wobei wir davon ausgehen, dass die Sterne sich gemeinsam entwickelt haben. Erstens stellen wir fest, dass extrasolare Planeten die Röntgenleuchtkraft des Wirtssterns merklich erhöhen können und dass der Effekt ausgeprägter ist, wenn der Exoplanet mindestens eine jupiterähnliche Masse hat und sich nahe am Stern befindet. Darüber hinaus stellen wir fest, dass ein Brauner Zwerg erwartungsgemäß einen noch stärkeren Einfluss hat und dass der Unterschied im Röntgenflächenfluss zwischen dem Wirtsstern und dem weiträumigen stellaren Begleiter ein signifikanter Ausreißer im Vergleich zu einer großen Stichprobe ähnlicher weiträumiger Doppelsternsysteme ohne bekannte substellare Begleiter ist. Dieses Ergebnis beweist, dass weiträumige Doppelsternsysteme mit substellaren Begleitern ein gutes Werkzeug sein können, um den Gezeiteneffekt auf Wirtssterne aufzudecken, und zeigt auch, dass die typischen stellaren Altersindikatoren wie Aktivität oder Rotation für diese Sterne nicht verwendet werden können. Mit dem Wissen, dass der Aktivitätsunterschied ein guter Indikator für den Gezeiteneinfluss des substellaren Begleiters ist, entwickeln wir schließlich eine analytische Methode zur Berechnung des modifizierten Gezeitenqualitätsfaktors Q' für einzelne Wirtssterne, der die Effizienz der Gezeitendissipation in der konvektiven Hülle eines gegebenen Hauptreihensterns definiert. KW - stellar evolution KW - tidal interactions KW - star-planet systems KW - star-brown dwarf systems KW - Stern-Brauner Zwerg Systeme KW - Stern-Planet Systeme KW - Sternentwicklung KW - Gezeitenwechselwirkungen Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-615972 ER - TY - JOUR A1 - Ilić Petković, Nikoleta A1 - Poppenhäger, Katja A1 - Hosseini, Seyede Marzieh T1 - Tidal star-planet interaction and its observed impact on stellar activity in planet-hosting wide binary systems JF - Monthly notices of the Royal Astronomical Society N2 - Tidal interaction between an exoplanet and its host star is a possible pathway to transfer angular momentum between the planetary orbit and the stellar spin. In cases where the planetary orbital period is shorter than the stellar rotation period, this may lead to angular momentum being transferred into the star's rotation, possibly counteracting the intrinsic stellar spin-down induced by magnetic braking. Observationally, detecting altered rotational states of single, cool field stars is challenging, as precise ages for such stars are rarely available. Here we present an empirical investigation of the rotation and magnetic activity of a sample of planet-hosting stars that are accompanied by wide stellar companions. Without needing knowledge about the absolute ages of the stars, we test for relative differences in activity and rotation of the planet hosts and their co-eval companions, using X-ray observations to measure the stellar activity levels. Employing three different tidal interaction models, we find that host stars with planets that are expected to tidally interact display elevated activity levels compared to their companion stars. We also find that those activity levels agree with the observed rotational periods for the host stars along the usual rotation-activity relationships, implying that the effect is indeed caused by a tidal interaction and not a purely magnetic interaction that would be expected to affect the stellar activity, but not necessarily the rotation. We conclude that massive, close-in planets have an impact on the stellar rotational evolution, while the smaller, more distant planets do not have a significant influence. KW - planet-star interactions KW - stars: activity KW - binaries: general KW - stars: KW - evolution KW - planets and satellites: general KW - X-rays: stars Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1093/mnras/stac861 SN - 0035-8711 SN - 1365-2966 VL - 513 IS - 3 SP - 4380 EP - 4404 PB - Oxford Univ. Press CY - Oxford ER - TY - JOUR A1 - Foster, Mary Grace A1 - Poppenhäger, Katja A1 - Ilić Petković, Nikoleta A1 - Schwope, Axel T1 - Exoplanet X-ray irradiation and evaporation rates with eROSITA JF - Astronomy and astrophysics : an international weekly journal N2 - High-energy irradiation is a driver for atmospheric evaporation and mass loss in exoplanets. This work is based on data from eROSITA, the soft X-ray instrument on board the Spectrum Roentgen Gamma mission, as well as on archival data from other missions. We aim to characterise the high-energy environment of known exoplanets and estimate their mass-loss rates. We use X-ray source catalogues from eROSITA, XMM-Newton, Chandra, and ROSAT to derive X-ray luminosities of exoplanet host stars in the 0.2–2 keV energy band with an underlying coronal, that is, optically thin thermal spectrum. We present a catalogue of stellar X-ray and EUV luminosities, exoplanetary X-ray and EUV irradiation fluxes, and estimated mass-loss rates for a total of 287 exoplanets, 96 of which are characterised for the first time based on new eROSITA detections. We identify 14 first-time X-ray detections of transiting exoplanets that are subject to irradiation levels known to cause observable evaporation signatures in other exoplanets. This makes them suitable targets for follow-up observations. KW - stars: coronae KW - stars: activity KW - planet-star interactions KW - planets and KW - satellites: atmospheres KW - X-rays: stars Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1051/0004-6361/202141097 SN - 0004-6361 SN - 1432-0746 VL - 661 PB - EDP Sciences CY - Les Ulis ER -