Dalle curve di luce TESS, un nuovo metodo per studiare l’attività stellare applicato a stelle con pianeti

La luminosità delle stelle non è costante nel tempo, ma varia con tempi scala che vanno dai minuti agli anni, in funzione dei fenomeni che inducono tale variabilità. Molti di questi fenomeni sono di origine magnetica, ossia prodotti dall’interazione tra campo magnetico e plasma nelle stelle. Alcuni esempi più importanti, osservati e studiati in dettaglio sul Sole, sono i brillamenti (improvvisi rilasci di grandi quantità di energia da parte del campo magnetico in corona, che riscalda il plasma confinato in strutture magnetiche fino ad alcuni milioni di gradi), le macchie fotosferiche (regioni della fotosfera più fredde del gas circostante), ed attività cromosferica come le protuberanze.

 

I fenomeni più energetici, come i brillamenti, sono accompagnati da un’intensa emissione impulsiva di radiazione ai raggi X ed UV. Questa radiazione è molto energetica, e può avere un impatto significativo sull’atmosfera di eventuali pianeti in orbite molto strette attorno alla stella: la radiazione UV viene assorbita dai gas negli strati più esterni dell’atmosfera, dissociandone le molecole, mentre la radiazione X penetra a profondità maggiori, inducendo un alto tasso di ionizzazione. Questo favorisce reazioni che influenzano le abbondanze chimiche nelle atmosfere, ne possono alterare i profili di temperatura e densità, e possono, nei casi più estremi, indurre una significativa evaporazione degli strati esterni delle atmosfere planetarie.

 

Campagne osservative come quella realizzata con il satellite della NASA TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), che forniscono osservazioni ripetute con una cadenza di appena due minuti di un gran numero di stelle in quasi tutto il cielo, sono particolarmente importanti per lo studio dei fenomeni magnetici in stelle con pianeti. Il team di ricercatori guidato dall’astrofisico S. Colombo (INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo) ha sviluppato una tecnica di analisi delle curve di luce prodotte da TESS (ossia delle misure del flusso di radiazione emesso dalla sorgente in funzione del tempo) mirata ad isolare i fenomeni di variabilità stellare su tempi scala molto brevi, principalmente brillamenti ed attività cromosferica. Queste misure, anche se eseguite in banda ottica, permettono in realtà di identificare gli eventi che producono una significativa emissione di radiazione energetica in banda X ed UV. Il metodo è stato applicato con successo su due stelle che ospitano pianeti: DS Tuc A, una stella G6V di 40 milioni di anni con un pianeta gassoso in orbita stretta, ed AU MIC, una stella M1 di 22 milioni di anni con due pianeti nettuniani ed un disco di polveri. In AU Mic sono stati identificati in media 5 eventi al giorno che hanno rilasciato un’energia maggiore di 5×1031 erg/sec (nel Sole i brillamenti rilasciano energie tipiche di circa 1027 erg/sec, con i casi più estremi e rari che raggiungono 1032 erg/sec), mentre in DS Tuc A la media è di due eventi al giorno con un’energia superiore a 2×1032 erg/sec. In particolare, in AU Mic gli eventi sembrano essere più frequenti in una fase specifica della rotazione della stella, suggerendo la presenza di una regione stabile sulla sua superficie magneticamente più attiva. Questo potrebbe essere la conseguenza di complicate, ed ancora non totalmente comprese, interazioni di tipo magnetico tra la stella ed i suoi pianeti. Allo studio, descritto nell’articolo: “Short-term variability of DS Tucanae A observed with TESS” e recentemente pubblicato sulla rivista Astronomy & Astrophysics, hanno partecipato anche gli astronomi A. Petralia e G. Micela dell’INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo.

 

La figura (cliccare qui per visualizzare l’immagine interamente) mostra la curva di luce di uno dei brillamenti individuato dal team. La curva nera segue l’andamento del flusso emesso dalla sorgente, dove si vede l’aumento impulsivo di luminosità all’inizio del brillamento ed il suo declino nel tempo. Le curve rosse sono ottenute da funzioni analitiche che riproducono l’andamento osservato. La linea verde indica il valore di intensità zero. In questa curva di luce, infatti, è sottratto il contributo in quiescenza della stella (ossia quando non avvengono brillamenti), per cui prima e dopo l’evento la curva di luce è circa zero.

 

Mario Giuseppe Guarcello  ( segui mguarce) ( youtube)

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