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Modelli di curve di luce ottiche di sistemi binari attivi
Antonino F. Lanza
11 maggio 2004
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Modelli stellari
• I modelli stellari classici assumono che le stelle siano sistemi a simmetria sferica ed in equilibrio;
• Deviazioni da tali condizioni si possono produrre per effetto di:– Rotazione; – Binarietà;– Campi magnetici.
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Effetti dei campi magnetici
• Nel Sole possiamo osservare in dettaglio gli effetti prodotti dai campi magnetici nell’atmosfera di una stella:– Disomogeneità spaziale;– Variabilità temporale;– Processi non termici di trasporto dell’energia.
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L’atmosfera solare
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La fotosfera del Sole
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Modelli dell’interazione tra campi magnetici e plasmi nelle stelle
• I regimi idrodinamici e magnetofluidodinamici caratteristici del Sole e delle stelle corrispondono a un numero di gradi di libertà 1027 ;
• I modelli numerici devono essere basati su un approccio notevolmente semplificato (modelli a campo medio);
• L’osservazione dei fenomeni deve dunque guidare lo sviluppo dei modelli teorici e fornire i dati che permettono di sottoporli a verifica.
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Importanza dello studio dei sistemi binari stretti
• Elevati livelli di attività magnetica di tipo solare si riscontrano nei sistemi binari della classe RS Canum Venaticorum (EM ~ 102 – 104 EM );
• I parametri delle componenti si possono misurare con incertezza di ~ 1-2% (massa, raggio, velocità di rotazione);
• Durante le eclissi il disco della componente occultante permette di effettuare una scansione del disco della componente occultata (eclipse mapping);
• L’attività magnetica potrebbe produrre effetti misurabili sul moto orbitale su tempi scala delle decine di anni.
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Rappresentazione schematica del prototipo RS CVn
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I dati disponibili
• Non è possibile risolvere direttamente i dischi delle componenti dei sistemi binari;
• Le disomogeneità fotosferiche possono essere studiate mediante l’analisi della variazione del flusso nelle bande ottiche in funzione della fase orbitale (curva di luce);
• Per diversi sistemi del tipo RS CVn sono disponibili sequenze di curve di luce che coprono intervalli di circa 20-30 anni.
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Analisi delle curve di luce
• Diverse metodologie sono state sviluppate per analizzare le curve di luce dei sistemi binari attivi;
• Esse tengono conto della deviazione dalla simmetria sferica dovuta alla rotazione ed alla binarietà e permettono di ricostruire la distribuzione delle disomogeneità associate con i campi magnetici.
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Curve di luce del prototipo RS CVn e modello della distribuzione delle macchie sulla componente K2IV
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AR Lacertae
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Informazioni ottenibili dalle curve di luce
• Le mappe ottenute dalle curve di luce non sono uniche e vanno considerate come uno stadio intermedio dell’analisi;
• I risultati finali comprendono:– La rilevazione di longitudini preferenziali per la
formazione delle macchie;– La determinazione della variazione dell’area
macchiata in funzione del tempo.
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Caratterizzazione dell’attività stellare
• Determinazione degli effetti della binarietà sulla distribuzione in longitudine dei campi magnetici;
• Cicli di attività;• Rotazione differenziale (utilizzando le macchie
come traccianti); • Connessione tra attività magnetica e dinamica dei
sistemi binari stretti (modulazione del periodo orbitale).
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Modulazione del periodo orbitale e ciclo di attività in RS CVn
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Informazioni per una tesi sperimentale
• Materia: Astronomia (Prof. M. Rodonò, Prof. A. C. Lanzafame);
• Pre-requisiti: corsi di Astronomia, Astrofisica e Fisica solare.
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Proposte di temi per una tesi sperimentale
1) Analisi di una sequenza di curve di luce di un sistema binario attivo mediante i codici già sviluppati: – studio della distribuzione delle regioni attive;
– cicli di attività;
– possibile connessione con la dinamica orbitale;
– confronto con i modelli dinamo;
2) Sviluppo di nuove metodologie di analisi e dei relativi codici numerici (richiede conoscenze di Fortran 77 e di elementi di programmazione);
3) Modelli teorici per l’interpretazione dei risultati ottenuti in precedenti lavori di analisi (richiede conoscenze di idrodinamica e magnetoidrodinamica).
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Attività stellare e rilevazione di pianeti extrasolari
Antonino F. Lanza11 maggio 2004
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Metodi di rilevazione
• Perturbazioni periodiche della velocità radiale;
• Transiti;
• Pulsar timing;
• Microlensing;
• …
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Classi di pianeti extrasolari
• Hot Jupiters (velocità radiale): Porb > 2.5 giorni;
• Very hot Jupiters (transiti + velocità radiale) [OGLE-TR-56, 113, 132]: Porb ~ 1.2 – 2.0 giorni.;
• Pianeti di tipo terrestre ? (Pulsar timing; es. PSR B1257+12).
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Illustrazione pittorica e curva di luce del transito di un hot Jupiter sul disco di una stella di tipo solare
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Rilevazione di pianeti di tipo terrestre
• Il metodo più adeguato è quello dei transiti;• Occorre una precisione relativa nelle misure
fotometriche dell’ordine di 10-4 ;• Tale livello di precisione è raggiungibile con le
attuali tecniche di fotometria CCD con telescopi su satellite (missioni spaziali COROT, Kepler);
• L’attività magnetica di tipo solare è la principale causa di rumore e false rivelazioni per le stelle di bassa sequenza principale.
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Transiti planetari ed attività magnetica
• I grandi gruppi di macchie solari producono variazioni relative del flusso ottico di F/F 2.2 · 10-3 ;
• Il transito di un pianeta delle dimensioni della Terra sul disco di una stella analoga al Sole produce una variazione: F/F 10-4 ;
• La differenza nei tempi scala dei due fenomeni può essere usata per distinguerli.
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Sviluppo di metodi per ridurre gli effetti dell’attività magnetica
• Collaboriamo con i colleghi della missione COROT per sviluppare tecniche in grado di ridurre l’impatto dell’attività magnetica nella rivelazione dei transiti;
• Esse sono basate su modelli della variabilità del Sole trattato come stella (disco non risolto);
• Possono essere estese anche a stelle di diverso tipo spettrale e velocità di rotazione.
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RP = 2.2 RTerra , Porb = 30.0 giorni, M=1.0 M
Variabilità solare osservata dall’esperimento VIRGO con sovrapposto il transito di un pianeta di tipo terrestre
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Proposta di un tema di tesi sperimentale
• Collaborare allo sviluppo di tecniche per ridurre l’impatto dell’attività magnetica nella rivelazione di pianeti extrasolari, in particolare pianeti di tipo terrestre.