OSSERVATORIO ASTRONOMICO DI PALERMO GIUSEPPE S. VAIANA

Rapporto Annuale

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Attività X di campioni stellari omogenei per età.

Gli studi nella banda ottica, nell'ultravioletto, e nella regione X dello spettro elettromagnetico hanno messo in evidenza come uno dei parametri rilevanti nel determinare l'attività stellare sia l'età della stella. Poichè questa dovrebbe influenzare l'effetto dinamo attraverso la perdita progressiva del momento angolare, è importante stabilire vincoli sull'andamento della intensità della emissione X ed UV, che della efficienza del meccanismo di dinamo sono importanti indicatori, per verificare i recenti modelli di evoluzione stellare che cercano di tenere in conto l'effetto della rotazione, la interazione della stessa con il campo magnetico, e l'efficienza dei meccanismi di frenamento magnetico.

Il gruppo stellare dello OAPA ha preso parte alle osservazioni ROSAT di vari ammassi stellari aperti: le Pleiadi, NGC 2422, NGC 7092, Stock 2, $\zeta$ Sculp, di stelle giovani della regione del Toro, nella regione di NGC 2264 (S Mon) e nella regione di Sco Cen.

Si é pianificato di continuare a perseguire questa linea di ricerca sulla base dei nuovi dati di CHANDRA ed XMM a cui il nostro gruppo ha accesso attraverso una serie di specifici programmi di osservazioni di tempo garantito e attraverso una serie di proposte di osservazioni GO che sono state presentate nel corso del 1999. In particolare, ricercatori del nostro gruppo sono presentemente impegnati nell'analisi dei primissimi dati (OAC) presi subito dopo il lancio di CHANDRA sull'ammasso aperto NGC 2516. In questa fase l'analisi mira non solo a rispondere a specifiche questioni scientifiche, ma anche a verificare il funzionamento dello strumentazione di piano focale, e del software di riduzione/analisi dei dati.
 
 

Figure 1: ( in alto ) Ingrandimento (4x) della immagine ACIS-I di NGC2516. I cerchi piú piccoli hanno un diametro di 5 arcsec. Molte delle sorgenti vicino all'asse ottico cadono su 3-4 pixel (< 1"). ( in basso ) Immagini ottiche della regione di NGC 2516 estratte dal DSS-1 con diversi fattori di ingrandimento. L'immagine a sinistra mostra i campi di vista delle osservazioni ACIS-I e ACIS-S. Nella parte centrale del campo di vista la dimensione del pixel ottico (1.7") piú grande di quella delle immagini di CHANDRA rende difficile trovare le controparti. Le sorgenti trovate con CHANDRA sono indicate con cerchi. I quadrati indicano le sorgenti viste in una profonda osservazione ROSAT HRI (PI G. Micela) analizzata dal gruppo dell'OAPA.

Nonostante le difficoltá iniziali che ha incontrato CHANDRA, dovute ad un flusso di protoni soffici molto maggiore di quanto fosse atteso nell'orbita a causa di non-predetti effetti di riflessione/focalizzazione di protoni di bassa energia da parte delle superfici degli specchi, e la conseguente riduzione della risoluzione energetica di ACIS dovuto alla riduzione della CTE dei CCD, la qualitá delle immagini é superba e la sensibilitá limite é solo leggermente peggiore di quanto atteso. L'analisi preliminare dei dati CHANDRA di NGC 2516 ha messo in evidenza la presenza di circa 100 sorgenti la cui posizione é in ottimo accordo con quella degli oggetti (per la maggior parte stelle dell'ammasso) presenti nelle immagini ottiche.

Le osservazioni di PV di NGC 2516 saranno entro i primi mesi del 2000 seguite da una osservazione profonda (50 ksec) con l'HRC di CHANDRA che ha lo scopo di determinare il livello di emissione coronale delle stelle di tipo spettrale avanzato (da G alle tarde M), verificare l'eventuale presenza di emissione coronale delle nane brune dell'ammasso, comprendere il ruolo che ha la bassa metallicità di questo ammasso aperto nel determinarne il livello di emissione coronale.

Fra i risultati piú recenti basati sui dati di ROSAT annoveriamo, lo studio di una serie di osservazioni HRI recentemente ottenute dal nostro gruppo tramite una ampia collaborazione coordinata da J.F. Harnden. Tali osservazioni (che costituiscono nel loro complesso il programma ROSAT HRI delle Pleiadi) sono state condotte per risolvere alcuni dei problemi lasciati aperti dalle osservazioni PSPC e, in larga misura, legati alla limitata risoluzione angolare nelle zone piú esterne delle immagini PSPC. I dati HRI sono stati analizzati in modo uniforme con il codice di rivelazione basato su Wavelet Transform messo a punto da ricercatori dell'OAPA (si veda piu` avanti), al contempo tutti i dati PSPC di archivio sono stati rianalazzati in modo uniforme per investigare i fenomeni di variabilitá coronale delle Pleiadi su una scala di $\sim$ 10 anni.

Si é concluso lo studio della emissione coronale dell'ammasso aperto di Stock 2 i cui membri sono stati individuati attraverso uno studio di moti propri recentemente ottenuti utilizzando le tecniche messe a punto per la realizzazione (da parte di una ampia collaborazione che include il gruppo astrometrico dell'Osservatorio di Torino) del Guide Star Catalogue-2 (GSC-2). L'analisi di due osservazioni profonde con l'HRI di ROSAT ha permesso di valutare il livello di emissione coronale di circa 130 membri di Stock 2 fino al tipo spettrale K5 e di concludere che il livello di emissione delle stelle G di sequenza principale è molto minore di quello delle analoghe stelle delle Pleiadi ed é invece simile a quello delle Iadi o, perfino, a quello ancora minore delle stelle del Praesepe. Questo risultato permette di concludere che Stock 2 é in effetti molto piú vecchio di quanto riportato in letteratura (120-170 10⁶ anni) o, alternativamente, che qualche altro parametro oltre all'eta (e alla rotazione) é necessario per spiegare il livello di emissione coronale. In questo secondo caso Stock 2 apparterrebbe, similmente al Presepe e a NGC 6633, al gruppo di ammassi aperti che stanno mettendo in crisi il paradigma rotazione-attivitá-emissione coronale che si é andato costituendo nell'ultimo decennio.
 
 

Figure 2: Immagini HRI della regione centrale di Stock 2. I dati sono stati smussati con un filtro gaussiano con una sigma di 5". I cerchi rappresentano le rivelazioni ottenute con il codice di rivelazione basati sulle Wavelet transform. La dimensione del cerchio é proporzionale alla scala alla quale la sorgente é stata rivelata. Per ragioni di chiarezza la dimensione dei due cerchi di raggio minore é stata incrementata.

 
 

Figure 3: Le funzioni di distribuzione di massima probabilitá per le stelle dG di Stock 2 (linea solida) paragonata con quelle (da sinistra a destra) del Presepe (linea a tratto lungo), le Iadi (linea tratteggiata), le Pleiadi (linea a tratto-lungo) e $\alpha$ Per (linea punteggiata). Si noti che nonostante l'etá quotata in letteratura di Stock 2 sia simile a quella delle Pleiadi, la luminositá nei raggi X dei membri di Stock 2 é molto minore.

Si é conclusa l'analisi di due osservazioni profonde con l'HRI di ROSAT dell'ammasso stellare giovane Blanco 1, un ammasso peculiare in quanto si trova a grande distanza dal piano galattico e con una metallicitá piú elevata di quella solare e soprattutto con rapporti fra le abbondanze dei metalli molto diversi di quelli misurati sul Sole. Sono state rivelate piú di cento sorgenti, 40% delle quali sono state identificate con membri noti dell'ammasso o con oggetti catalogati. Delle restanti sorgenti solo una ventina sono spiegabili in termini dei Log N - Log S delle sorgenti extragalattiche. Questo indica che la maggior parte delle sorgenti non identificate sono stelle di piccola massa dell'ammasso. Ulteriori studi di follow-up ottico sono stati programmati per confermare questa ipotesi di lavoro e per determinare la IMF dell'ammasso.
 
 

Figure 4: Diagramma della luminositá X in funzione dell'indice di colore B-V per le stelle di Blanco 1 rivelate come sorgenti coronali. Le linee solide orizzontali indicano il valore della mediana di Log (Lx) per le Pleiadi, mentre le linee tratteggiate indicano la mediana per l'ammasso aperto di $\alpha$ Per.

 
 

Figure 5: Confronto delle funzioni di luminositá X per le stelle nane F e G (0.43 $< (B-V)_{\odot } <$ 0.81) delle Iadi (linea solida) e del Presepe (linea tratteggiata) con i limiti superiori (barre verticali corte) e le rivelazioni (barre verticali lunghe) dei membri di NGC 6633.

Sono stati avviati, in collaborazione con S. Randich dell'Osservatorio di Arcetri, gli studi degli ammassi stellari NGC 6633 (etá $\sim$ 400-600 Myr) ed NGC 3532 (etá $\sim$ 200-300 Myr). In NGC 6633 sono state rivelate 24 sorgenti in particolare sono state rivelate 3 stelle F, una stella G e una gigante membri probabili dell'ammasso, ma nessuna stella dK. Il confronto fra il livello di luminositá X delle stelle solari di NGC 6633 con quelle delle Iadi e del Presepe suggerisce che il livello di emissione coronale di NGC 6633 é minore che nel caso delle Iadi, il confronto con il Presepe é inconclusivo a causa del piccolo numero di sorgenti rivelate. Nel caso di NGC 3532 sono state rivelate 47 sorgenti entro 17 arcominuti dal centro dell'immagine. Di queste sorgenti 26 hanno contraparti ottiche entro 10 secondi d'arco. Sulla base di una compilazione di membri dell'ammasso basata su cataloghi pubblicati sono state rivelate 8 stelle F, una stella G e una gigante e nessuna stella K dell'ammasso. La frazione delle rivelazioni sembra essere minore da quanto ci si attende da un ammasso di questa etá. Tuttavia va tenuto presente che la incopletezza della lista dei membri dell'ammasso rende possibile che una larga frazione delle 21 sorgenti senza controparte da catalogo siano in effetti membri dell'ammasso.
 
 

Figure 6: Diagramma HR delle controparti delle sorgente HRI nelle immagine puntata verso NGC 2516 non-identificate con oggetti catalogati (simboli pieni), linee connettono controparti relative alla stessa sorgente X. I simboli a croce indicano i membri rivelati precedentemente sulla base dei dati del PSPC di ROSAT.

In vista del programma di osservazione di NGC 2516 con CHANDRA il nostro gruppo sta analizzando in collaborazione con R. Jeffries e il suo gruppo una osservazione profonda di questo ammasso aperto ottenuta con l'HRI di ROSAT. Sono state rivelate 85 sorgenti, 12 delle quali non erano state rivelate con una osservazione profonda con il PSPC di ROSAT. Metá delle sorgenti sono state identificate con membri noti dell'ammasso, circa il 20% con stelle di campo, mentre il rimanente 30% delle sorgenti rivelate non sono identificate con nessuna sorgente catalogata. L'identificazione preliminare di queste sorgenti con un nuovo catalogo fotometrico, completo alla 19-ma magnitudine, indica che metá di queste sorgenti sono probabilmente membri non-noti di piccola massa dell'ammasso. Il rimanente 15% delle sorgente ha colori consistenti con quelli di oggetti extragalattici.

Lo studio sugli ammassi stellari giovani viene estese e complementato da una serie di studi di gruppi stellari coevi in regioni di recente formazione stellare.

Si è conclusa l'analisi dei risultati di un gruppo di 3 immagini HRI che hanno permesso di studiare le proprietá della emissione coronale in NGC 2264 una regione di recente formazione stellare a sud della stella calda di tipo spettrale O nota col nome di S Mon. Sono state rivelate, utilizzando l'algoritmo di rivelazione basato su Wavelet Transforms (cf. §2.7.2), 169 sorgenti, 95% delle quali sono con elevata probabilitá stelle di pre-sequenza e molte delle quali sono identificate con membri della regione di formazione stellare ha permesso di ricavare una IMF per NGC 2264, statisticamente completa tanto quanto quella ricavabile con altre tecniche. Tale IMFi mostra segni di una bimodalitá con un punto di sella attorno ad 1 massa solare, ed é pertando differente dalla funzione di massa di Scalo. La storia del tasso di formazione stellare suggerisce uno scenario di formazione stellare sequenziale con le stelle di piccola massa formatesi dopo quelle di massa maggiore.
 
 

Figure 7: Diagramma HR per le controparti delle sorgenti X rivelate nelle immagini HRI di NGC 2264. Il raggio dei cerchi é proporzionale al logaritmo del tasso di conteggio medio osservato.

Si è conclusa la prima fase di uno studio della regione di formazione stellare Upper Sco-Cen utilizzando dati di archivio della banca dati di Einstein, e i dati di nuove osservazioni puntate di ROSAT. L'analisi di queste immagini con la tecnica di Wavelet Transforms messa a punto dal nostro gruppo ha permesso di rivelare 50 sorgenti X di cui solo 13 precedentemente riportate nell'analisi dei dati dello IPC di Einstein. Poichè la densità attesa delle sorgenti stellari (e non) nella regione in esame è molto piccola è estremamente probabile che le sorgenti siano associate ad una popolazione localizzata di stelle giovani di piccola massa appartenenti alla associazione Upper Sco-Cen. Gli studi di follow-up ottico per verificare questa ipotesi sono descritti piú avanti.

Per affrontare in modo più completo e coerente la problematica presentata in questa sezione, in cui l'Osservatorio di Palermo ha ormai acquisito una notevole esperienza, è stata avviata una collaborazione con altri ricercatori italiani e stranieri¹ mirante a sviluppare sinergie nell'ambito dello studio dell'evoluzione delle stelle di tipo solare attraverso lo studio sistematico degli ammassi aperti in varie regione spettrali. Questo, che è un progetto a lungo termine con un notevole numero di sottoprogetti a breve e medio termine, prevede di utilizzare dati di varia natura, astrometrici, fotometrici, spettroscopici a bassa e alta risoluzione, nonchè dati X. La realizzazione di tale progetto prevede l'utilizzo di materiale già esistente in letteratura e di dati di pubblico dominio, come pure la pianificazione di nuove osservazioni sia nella banda ottica che nei raggi X. In questo ambito a Maggio del 1997 si è tenuto a Palermo presso l'Osservatorio Astronomico di Palermo un convegno sul tema ``Cool Stars in Clusters and Associations: Magnetic Activity and Age Indicators'' a cui hanno preso parte circa 60 ricercatori italiani e stranieri. Inoltre la CEE ha approvato un programma di tre EuroConferences presentato dall'OAPA da tenersi con cadenza annuale organizzate rispettivamente dall'IAC (R. Rebolo, Spagna nel 1998), dall'OAPA (R. Pallavicini, Italia nel 1999), dal CNES (T. Montmerle, France nel 2000).

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