Modelli di curve di luce ottiche di sistemi binari attivi

Antonino F. Lanza

11 maggio 2004

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.

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.

L’atmosfera solare

La fotosfera del Sole

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.

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.

Rappresentazione schematica del prototipo RS CVn

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.

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.

Curve di luce del prototipo RS CVn e modello della distribuzione delle macchie sulla componente K2IV

AR Lacertae

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.

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).

Modulazione del periodo orbitale e ciclo di attività in RS CVn

Informazioni per una tesi sperimentale

• Materia: Astronomia (Prof. M. Rodonò, Prof. A. C. Lanzafame);

• Pre-requisiti: corsi di Astronomia, Astrofisica e Fisica solare.

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).

Attività stellare e rilevazione di pianeti extrasolari

Antonino F. Lanza11 maggio 2004

Metodi di rilevazione

• Perturbazioni periodiche della velocità radiale;

• Transiti;

• Pulsar timing;

• Microlensing;

• …

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).

Illustrazione pittorica e curva di luce del transito di un hot Jupiter sul disco di una stella di tipo solare

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.

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.

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.

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

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.