Studio dell’attività stellare

 

L’attività di una stella è strettamente legata al suo magnetismo. L’intenso campo magnetico che le stelle generano al loro interno fluisce attraverso la superficie della stella (fotosfera) formando diverse strutture magnetiche che interagiscono fra loro, ma anche con il gas che compone l’atmosfera stellare. Da questa interazione originano diversi fenomeni di attività, tra i quali macchie (spot), facole, granulazione e flare (eventi impulsivi altamente energetici).

Questi fenomeni agiscono come sorgenti di rumore che contaminano le osservazioni esoplanetarie facendo variare, su diversi tempi scala, la radiazione elettromagnetica osservata e rendendo complessa la stima dei parametri planetari.

Lo scopo di questo gruppo di lavoro è studiare l’effetto di tali fenomeni da un punto di vista osservativo al fine da affinare e sviluppare modelli numerici avanzati in grado di descrivere e correggere tali effetti.

Per farlo, il gruppo impiega un approccio complementare. Da un lato, per l’analisi delle curve fotometriche, utilizziamo modelli dedicati per simulare l’impatto degli spot e il loro occultamento durante il transito planetario.

 

Figura 1 A sinistra: il calo di luminosità della stella durante il passaggio del pianeta, confrontato in tre diversi scenari: stella “quieta” senza macchie (linea blu tratteggiata), presenza di sole macchie scure (verde) e presenza sia di macchie scure che di regioni brillanti (arancione). Al centro e a destra: due “istantanee” della stella nei momenti indicati dalle frecce blu. La linea nera tratteggiata mostra il percorso del pianeta, mentre il cerchio bianco ne indica la posizione e le dimensioni reali in proporzione alla stella.

 

Dall’altro, per l’analisi spettroscopica ad alta risoluzione, sviluppiamo strumenti per modellare la deformazione indotta dall’attività sulla Cross-Correlation Function (CCF).

 

Figura 2 A sinistra: Modellizzazione del profilo della CCF distorto dalla presenza di macchie fotosferiche sul disco stellare (inset). A destra: Confronto tra le velocità radiali ottenute con la pipeline standard (in rosso) e quelle corrette con SpotCCF (punti colorati) per una stella ad alta attività, dove si evidenzia la netta riduzione della dispersione del segnale.

Questa combinazione permette di correggere efficacemente le osservazioni e ricavare correttamente i parametri planetari sia dalla fotometria che dagli spettri in trasmissione.

Le attività del Gruppo EXOPA

 

• Modellistica dell’attività: i fenomeni superficiali vengo studiati al fine di descriverne l’effetto da un punto di vista numerico. In tal senso il gruppo è particolarmente attivo nello sviluppo di modelli numerici per la descrizione dei vari aspetti dell’attività stellare (LINK A GITHUB);

 

• Correzione dell’attività: i modelli numerici vengono utilizzati per correggere gli effetti dell’attività nelle osservazioni:
  • Curve fotometriche: l’occultamente di macchie durante il transito esoplanetario può variare la profondità del transito influenzando la stima del raggio esoplanetario.
  • Spettroscopia a bassa risoluzione: il segnale dovuto all’attività può mimare la presenza di alcune specie chimiche negli spettri in trasmissione portando a una non corretta descrizione dell’atmosfera esoplanetaria;
  • Velocità radiali: La presenza di fenomeni superficiali, quali le macchie, altera le velocità radiali che otteniamo dagli spettri ad alta risoluzione, limitando la nostra capacità di scoprire e caratterizzare segnali planetari. Modellando l’effetto che tali fenomeni hanno sulle Cross-Correlation-Function (CCF) possiamo rimuovere il contributo delle macchie dalle velocità radiali evidenziando il segnale planetario.

 

• Parametri stellari: i modelli numerici vengono utilizzati per ricavare informazioni sulla stella:
  • Fotometria multibanda: Sfruttando il fatto che l’impronta di macchie e facole dipende dalla lunghezza d’onda, si sfrutta l’informazione simultanea degli strumenti multibanda per ricavarne la temperatura.
  • Fotometria dallo spazio: Spot e facole impongono una modulazione della curva di luce che segue la rotazione stellare. I modelli predicono questa modulazione e permettono di ricavare alcune proprietà, quali ad esempio il grado di copertura della superficie stellare o la loro vita media.

 

 

Referenze principali

 

• “PAStar: A model for stellar surface from the Sun to active stars”, [LINK AL PAPER], Petralia, Maldonado, Micela, 2025, Astronomy and Astrophysics, 694, A99.
• “The GAPS programme at TNG. LII. Spot modelling of V1298 Tau using the SpotCCF tool”, [LINK AL PAPER], Di Maio, Petralia, Micela et al. 2024, Astronomy and Astrophysics, 684, A239.
• “Spot modelling through multi-band photometry: Analysis of V1298 Tau”, [LINK AL PAPER], Biagini,  Petralia, Di Maio, et al. 2024, Astronomy and Astrophysics, 690, A386.
• “A reanalysis of the LHS 1140 b atmosphere observed with the Hubble Space Telescope”, [LINK AL PAPER], Biagini, Cracchiolo, Petralia et al. 2024, [LINK AL PAPER], Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 530, 105.
• “Correcting Exoplanet Transmission Spectra for Stellar Activity with an Optimized Retrieval Framework”, [LINK AL PAPER], Thompson, Biagini, Cracchiolo et al. 2024, The Astrophysical Journal, 960, 107.

 

 

Persone

 

	Alfredo Biagini Assegnista Email: alfredo.biagini @inaf.it ORCID: 0009-0003-4854-340X		Claudia Di Maio Ricercatore Email: claudia.dimaio @inaf.it ORCID: 0000-0002-8669-1150
	Giusi Micela Capo gruppo EXOPA Email: giusi.micela @inaf.it ORCID: 0000-0002-9900-4751		Antonino Petralia Ricercatore Email: antonino.petralia @inaf.it ORCID: 0000-0002-9882-1020
	Alexandra Thompson Borsista Email: alex.thompson.17 @ucl.ac.uk ORCID: 0000-0003-4128-2270