Nikoleta Ilić Petković

• 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 substellarTidal 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.…
• 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 derGezeitenwechselwirkungen 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.…