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 nellatmosfera di una stella: –Disomogeneità spaziale; –Variabilità temporale; –Processi non termici di trasporto dellenergia.

Latmosfera solare

La fotosfera del Sole

Modelli dellinterazione 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 ; I modelli numerici devono essere basati su un approccio notevolmente semplificato (modelli a campo medio); Losservazione dei fenomeni deve dunque guidare lo sviluppo dei modelli teorici e fornire i dati che permettono di sottoporli a verifica.

Attività magnetica nei sistemi binari stretti I sistemi binari con periodi da alcune decine di ore ad alcuni giorni con componenti di tipo spettrale F-M mostrano elevati livelli di attività magnetica nelle loro atmosfere; Nelle fotosfere delle componenti sono presenti regioni più fredde, probabilmente analoghe alle macchie solari o ai gruppi di macchie solari.

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 (E M ~ 10 2 – 10 4 E M ); 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); Lattività 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 lanalisi 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 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 dellanalisi; I risultati finali comprendono: –La rilevazione di longitudini preferenziali per la formazione delle macchie; –La determinazione della variazione dellarea macchiata in funzione del tempo.

Caratterizzazione dellattività 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 linterpretazione dei risultati ottenuti in precedenti lavori di analisi (richiede conoscenze di idrodinamica e magnetoidrodinamica).

Attività stellare e rilevazione di pianeti extrasolari Antonino F. Lanza 11 maggio 2004

Metodi di rilevazione Perturbazioni periodiche della velocità radiale; Transiti; Pulsar timing; Microlensing; …

Classi di pianeti extrasolari Hot Jupiters (velocità radiale): P orb > 2.5 giorni ; Very hot Jupiters (transiti + velocità radiale) [OGLE-TR-56, 113, 132]: P orb ~ 1.2 – 2.0 giorni.; Pianeti di tipo terrestre ? (Pulsar timing; es. PSR B ).

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 dellordine di ; Tale livello di precisione è raggiungibile con le attuali tecniche di fotometria CCD con telescopi su satellite (missioni spaziali COROT, Kepler); Lattività 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 · ; Il transito di un pianeta delle dimensioni della Terra sul disco di una stella analoga al Sole produce una variazione: F/F ; La differenza nei tempi scala dei due fenomeni può essere usata per distinguerli.

Sviluppo di metodi per ridurre gli effetti dellattività magnetica Collaboriamo con i colleghi della missione COROT per sviluppare tecniche in grado di ridurre limpatto dellattività 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.

R P = 2.2 R Terra, P orb = 30.0 giorni, M=1.0 M Variabilità solare osservata dallesperimento 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 limpatto dellattività magnetica nella rivelazione di pianeti extrasolari, in particolare pianeti di tipo terrestre.