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Popolazioni stellari nell'intorno solare

Negli ultimi decenni c'è stato un grande progresso nello studio delle popolazioni di stelle giovani, a cui hanno contribuito in modo sostanziale le osservazioni in raggi X. Infatti, sin dalle prime osservazioni di Einstein, si evidenziò che l'emissione X è strettamente legata all'età stellare (Stern et al. 1981, ApJ 249, 647; Caillault & Helfand 1985, ApJ 289, 279; Micela et al. 1985, ApJ 292, 172; Micela et al. 1988, ApJ 325, 798; Micela et al. 1990, ApJ 348, 557). Stelle molto giovani, in fase di pre sequenza (PMS) sono facilmente identificabili nei raggi X, come mostrato originariamente da Walter et al. (198a,8 AJ 96, 297): una grande quantità di stelle, giovani come le T Tauri classiche (CTTS), che non presentano l'estrema attività cromosferica e i grandi eccessi infrarossi delle T Tauri classiche, possono essere identificate dalla loro emissione X. Queste stelle, chiamate Weak T Tauri (WTTS) sono coeve con le classiche T Tauri. Molte di esse sono state scoperte da ROSAT.

Le osservazioni in raggi X e in EUV hanno anche identificato per la prima volta una popolazione più vecchia delle T Tauri, ma ancora giovane (con età minore di $10^9$ anni) di stelle di sequenza principale, attive, con fotosfere indistinguibili dalle stelle più vecchie e meno attive. Questa popolazione risulta spazialmente concentrata vicino al Piano Galattico (Favata et al. 1988, ApJ 324, 1010; Micela et al. 1993, ApJ 618, 412; Tagliaferri et al. 1994, A&A 285, 272; Jeffries 1995, MNRAS 273, 559; Sciortino et al. 1995, A&A 296, 370) ed è luminosa in raggi X grazie alla grande efficienza della dinamo in stelle giovani, probabilmente causata dalla maggiore rotazione. Mentre si può prevedere che queste stelle esistano, la loro identificazione da dati ottici è estremamente difficile.

In prima approssimazione ci si aspetta che la distribuzione spaziale delle stelle giovani, appena giunte sulla sequenza principale, segua il Disco galattico, con una concentrazione sul Piano e una rapida caduta della densità ad alte latitudini. Per piccole distanze dal Sole (poche centinaia di parsec) la distribuzione sarà indipendente dalla longitudine, mentre a distanze maggiori la densità di queste stelle sarà maggiore verso il Centro Galattico e minore verso l'anticentro. A distanze ancora maggiori, parte di questa popolazione, dovrebbe seguire il pattern delle braccia a spirale.

Per studiare le proprietà delle popolazioni stellari giovani, il gruppo dell'Osservatorio Astronomico di Palermo, insieme con ricercatori di ESA/ESTEC, ha sviluppato un modello di Galassia (XCOUNT, Favata et al. 1992, A&A 256, 86) in grado di predire il numero di sorgenti stellari X a un certo flusso limite e le loro proprietà (colore, magnitudine, $f_x/f_v$, etc.). Questo modello ha consentito di ottenere dei risultati importanti fra cui l'identificazione di un'eccesso di stelle dG e dK nelle osservazioni, rispetto alle predizioni (Sciortino et al. 1995, A&A 296, 370). Osservazioni spettroscopiche di follow up hanno mostrato che si tratta di una popolazione giovane, come confermato dallo studio delle loro abbondanze di Litio (Favata et al. 1993, A&A 277, 428). La limitata dimensione del campione non permette comunque di ricavare la densità e l'altezza di scala di questa popolazione.

I campioni di stelle giovani, selezionati per la loro attività, possono essere usati per determinare il tasso di nascita stellare nell'intorno solare nell'ultimo miliardo di anni, come è stato fatto per esempio da Soderblom et al. (1991, ApJ 375, 722), usando i dati cromosferici del Ca II. In raggi X questo è stato fatto, confrontando il numero delle stelle rivelate in raggi X con le predizioni da modello (Micela et al. 1993, ApJ 618, 412, Guillout et al. 1996, A&A 316, 89). Gli ingredienti cruciali includono la distribuzione spaziale delle stelle di diverse masse e possibilmente età, un modello di gas interstellare, necessario per tenere conto dell'assorbimento interstellare dei raggi X soffici, e una funzione che descriva l'evoluzione del tasso di nascita stellare, in particolare nell'ultimo miliardo di anni. Il risultato principale di quest'analisi suggerisce che il tasso di nascita stellare nell'ultimo miliardo di anni è rimasto costante o è cresciuto entro un fattore due (Micela et al. 1993, ApJ 618, 412).

La recente attività del gruppo dell'Osservatorio di Palermo si è svolta in diverse aree complementari fra di loro che si avvantaggiano dei nuovi dati ottenuti da Chandra e XMM/Newton, adesso disponibili, e che permettono di affrontare il problema dello studio della struttura galattica nelle vicinanze del Sole attraverso le osservazioni in raggi X. In particolare, abbiamo usato sia dati di archivio che dati proprietari confrontandoli con le predizioni ottenute dal nostro modello XCOUNT allo scopo di determinare alcune proprietà della distribuzione spaziale delle stelle nell'intorno solare e della storia della formazione stellare negli ultimi miliardi di anni.

Inoltre recentemente è stato adottato un nuovo approccio per lo studio delle proprietà delle stelle giovani, del tutto complementare ai precedenti, basato sulla selezione e analisi di stelle ad alta rotazione, con un conseguente sovraccampionamento di stelle giovani. Ciò permetterà lo studio della popolazione giovane nell'intorno solare con un metodo indipendente da quelli finora adottati e consentirà di verificare la robustezza dei risultati ottenuti. Un approccio di questo tipo è reso possibile dalla disponibilità di una notevole quantità di curve di luce di grande precisione fotometrica e su tempi sufficientemente lunghi, prodotte dal satellite COROT, lanciato nel 2006 con l'obiettivo di monitorare accuratamente le variazioni di luminosità di stelle appartenenti a varie popolazioni per studi di astrosismologia e transiti di pianeti extrasolari. Le caratteristiche della missione e l'enorme numero di curve di luce prodotte da COROT permettono, oltre al raggiungimento dei principali obiettivi della missione, anche l'analisi di varie proprietà stellari, tra cui i periodi di rotazione e la variabilità delle stelle, su un campione completo ed omogeneo avente come unico bias il valore di magnitudine. Il completamento di tale analisi richiederà l'acquisizione e l'analisi di osservazioni spettroscopiche di follow up per distinguere le stelle giovani da quelle binarie che sono anch'esse rotatori veloci.



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Flavio Morale 2008-09-24