Cicli di macchie e diagrammi Butterfly stellari

1. Cicli di macchie e diagrammi Butterfly stellari Sergio Messina 11 Maggio 2004

2. La fotosfera del Sole è caratterizzata dalla presenza di macchie le cui caratteristiche sono ben note grazie alla vicinanza alla Terra. In particolare: Il caso solare L’area totale delle macchie varia nel tempo in modo ciclico:  11 yr, 100 yr, 200 yr La rotazione determina variazioni del flusso di energia  0.2% W/m2 La posizione delle macchie varia in modo ciclico (latitudine delle macchie  400 ) Temperatura 3800-4800 (ombra-penombra)

3. Problematica Queste caratteristiche dell’attività magnetica sono osservate sul Sole, quindi su una stella con valori noti dei parametri fisici globali Si vuole rispondere a due quesiti sulle caratteristiche dell’attività magnetica: • L’attività solare è tipica di tutte le stelle con caratteristiche fisiche uguali ? • Quale caratteristiche avrebbe l’attività solare se il Sole avesse valori diversi dell’età, della rotazione, della temperatura efficace, della metallicità, della gravità superficiale?

4. Caso stellare La risposta ai due quesiti può venire dalle osservazioni stellari: Osservando stelle sia di tipo solare sia con valori diversi dei parametri globali (massa, rotazione, gravità, …) si può determinare come anche le caratteristiche dell’attività magnetica (area macchie, posizione, temperatura, cicli…) variano e scoprire se il Sole abbia un comportamento tipico o peculiare. In particolare, la dipendenza dell’attività magnetica dall’età permette di ricostruire la storia passata del Sole, quando era ancora una stella giovane, e quindi di investigare i suoi effetti sul paleo-clima terrestre (e non solo).

5. Stato dell’arte della ricerca A partire dagli anni ’60 presso l’INAF-OAC sono iniziate osservazione fotometriche sistematiche di un numeroso campione di stelle con i telescopi 31-cm e 91-cm di SLN, 50-cm ESO, 25-cm Phoenix, e APT80 di SLN Le stelle attualmente monitorate sono circa 70 e distribuite nel Diagramma HR APT80 Phoenix-25

6. Le stelle dei tipi spettrali GKM mostrano • presenza di macchie • area totale delle macchie dipende dalla velocità di rotazione • area totale delle macchie dipende dalla massa • area totale diminuisce con l’età, per effetto del frenamento magnetico e perdita di momento angolare Alcuni risultati rilevanti • area totale varia nel tempo, anche in modo ciclico in analogia al caso solare • esistono diagrammi Butterfly stellari, sia di tipo solare (diagramma Butterfly) sia di tipo opposto

7. Presenza di macchie La fotosfera delle stelle di tipo G, K, M è macchiata. La rotazione modula la visibilità delle macchie e, di conseguenza, anche il flusso di radiazione (minimo quando la stella presenta l’emisfero più macchiato). L’ampiezza della modulazione di flusso (ossia l’ampiezza della curva di luce) dipende, entro certi limiti, dall’area totale delle macchie: ampiezza  area macchiata

8. Dipendenza delle macchie dalla rotazione Al diminuire del periodo di rotazione aumenta l’area delle macchie e, quindi anche l’ampiezza della curva di luce Prot 1d Prot 27d

9. Dipendenza delle macchie dalla massa L’area delle macchie e, quindi, l’ampiezza della curva di luce cresce al diminuire della massa fino alle stelle di tipo K per poi diminuire nelle stelle di tipo M Prot 5d Tipo spettrale = F Prot 5d Tipo spettrale = K

10. Dipendenza delle macchie dall’età

11. Cicli di macchie Come nel caso solare, stelle di tipo spettrale avanzato mostrano variazioni cicliche dell’area totale delle macchie, con conseguente variazione ciclica della magnitudine osservata

12. Cicli stellari

13. Diagrammi Butterfly stellari

14. Diagramma Butterfly ‘anti-solare’

15. Correlazione con i parametri stellari Le relazioni empiriche permettono di testare e migliorare i modelli dinamo dell’attività solare e stellare

16. Scegliere la stella da studiare • Cercare la fotometria storica dalla letteratura • Determinare i periodi fotometrici • Costruire eventuale diagramma Butterfly • Costruire mappe della fotosfera (Codice Lanza et al.) • Determinare presenza, durata e ampiezza dei cicli di macchie e longitudini attive Proposta di Tesi

17. Tesi di ricerca Tempo previsto: > 7 mesi Prerequisiti: Astronomia, Astrofisica, Fisica solare

18. Fine