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. Lanza
11 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.
Variabilità solare osservata dall’esperimento VIRGO con
sovrapposto il transito di un pianeta di tipo terrestre
RP = 2.2 RTerra , Porb = 30.0 giorni, M=1.0 M
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.