Stelle, popolazioni stellari e mezzo interstellare

Il gruppo di macroarea 2 dell’Osservatorio di Roma e’ attivo in vari ambiti di ricerca, sia osservativi che teorici,  che spaziano dalla formazione ed evoluzione stellare, alla struttura stellare, e allo studio delle popolazioni stellari.

Stelle e popolazioni stellari

Il gruppo è composto dalle seguenti persone:

(email: nome.cognome@inaf.it)

STAFF

• Enzo Brocato
• Marco Castellani
• Marcella Di Criscienzo
• Marco Limongi
• Vincenzo Testa
• Paolo Ventura

POST-DOC

• Roberta Carini
• Ester Marini (ref: Prof. Ventura)

DOTTORANDI

• Alessio Marino(ref: Prof. Limongi)
• Lorenzo Roberti (ref:Prof. Limongi)

Formazione di stelle e pianeti

L’attività del gruppo di “Star and Planet Formation” è rivolta a studi di tipo osservativo di oggetti stellari giovani, della loro evoluzione e dell’evoluzione del loro sistema planetario. Le attività del gruppo seguono le seguenti linee di ricerca principali: 

• Studio dei fenomeni connessi con l’attività di stelle di pre-sequenza e dispersione del disco circumstellare: accrescimento e perdita di massa, fenomeni di jets e outflow protostellari
• Caratterizzazione di stelle giovani di piccola massa: attività magnetica, abbondanze chimiche, proprietà fisiche in funzione dell’ambiente
• Fenomeni di variabilità di stelle giovani: monitoraggio e caratterizzazione fotometrica e spettroscopica di variabili eruttive
• Studio della formazione di proto-pianeti e dell’interazione disco-pianeta attraverso imaging ad altissima risoluzione
• Rivelazione e caratterizzazione di sistemi planetari, analisi delle proprietà delle loro stelle ospitanti e connessione stella-pianeta

Per queste indagini il gruppo si avvale di strumentazione all’avanguardia per osservazioni da terra (VLT, LBT, TNG) e dallo spazio (JWST, HST), con studi ad alta risoluzione spaziale e spettrale, attraverso numerose collaborazioni nazionali e internazionali. Il gruppo è inoltre coinvolto nei consorzi e gruppi scientifici per lo sviluppo di strumentazione ad alta risoluzione angolare (per es.  MAVIS@VLT, MIKADO@ELT, PCS@ELT) e spettrale (per es.  ANDES@E-ELT, MOONS@VLT, HRMOS@VLT, SoXS@NTT)

 

Fig.1: A sinistra uno schema della regione di interazione disco-stella in un oggetto stellare giovane secondo il modello di accrescimento magnetosferico (Credit: S. Antoniucci). Il gruppo di Star and Planet Formation dell’OAR studia le diverse regioni attive intorno a questo tipo di oggetti, legate a fenomeni di accrescimento e perdita di massa, e come queste influenzano le proprieta’ della giovane stella​​. A destra un esempio di spettro ad alta risoluzione spettrale della riga [OI] 6300 Å osservata in una stella giovane con lo strumento GIARPS al Telescopio Nazionale Galileo (adattata da Nisini et al. 2024), che permette di separare spettralmente componenti in emissione che si originano in ambienti diversi. Per questo tipo di studi il nostro gruppo è coinvolto nello sviluppo di strumentazione futura come ANDES@ELT e HRMOS@VLT.

Fig. 2: Uno dei fenomeni più spettacolari legati alla formazione stellare è quello dei potenti getti di materia che si originano durante l’accrescimento stellare.  Il nostro gruppo studia l’origine di questi getti e le loro proprietà fisiche attraverso osservazioni a diverse lunghezze d’onda, dall’UV al lontano IR. A sinistra, un’immagine HST del getto di materia dalla protostella HH46 IRS, situato nella regione di formazione stellare Puppis (Credit: ESA/Hubble & NASA, B. Nisini). A destra, immagini spettrali della zona centrale di HH46 osservata con il James Webb Space Telescope nel vicino e medio infrarosso (Nisini et al. 2024).

 

Fig.3: Immagine multicolore dell’ammasso giovane povero di metalli NGC346 nella Small Magellanic Cloud ottenuto con lo strumento NIRSpec del JWST (Credits: NASA, ESA, CSA, Jones, De Marchi, Meixner, Pagan, Habel, Lenkic, Chu). Il nostro gruppo si occupa di studiare i processi di formazione stellare in ammassi lontani nella nostra Galassia e in Galassie vicine per comprendere come diversi ambienti (per es. effetto di forti campi UV, metallicità, densità) influiscono sulle proprietà delle stelle in formazione e dei loro dischi proto-planetari (per es.  De Marchi, Giardino, Biazzo et al. 2024). Questo viene realizzato attraverso il JWST e strumenti a LBT (Biazzo et al. 2025, in prep), e in futuro con MOONS@VLT.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig. 4: Immagine ottica ad altissima risoluzione del disco della sorgente stellare giovane CQ Tau ottenuto con lo strumento SHARK-VIS al Large Binocular Telescope (LBT) (Antoniucci et al. 2025). Questo strumento, progettato e costruito all’OAR, permette di osservare scale spaziali dell’ordine di una decina di unita’ astronomiche attorno a queste stelle giovani ed è utilizzato dal nostro gruppo per cercare pianeti in formazione all’interno dei dischi delle giovani stelle e studiare le caratteristiche dei dischi nella banda ottica.

 

 

 

 

 

Fig.5: Spettro ottico-IR di una variabile di tipo EX Ori ottenuta con gli strumenti MODS e LUCI a LBT (Giannini et al. 2024). Il nostro gruppo studia la variabilità di oggetti stellari giovani dovuta ad instabilità dei fenomeni di accrescimento. Ci occupiamo in particolare di analizzare follow-up spettroscopici, con strumenti ottico-IR tra cui il futuro SoXS,  di eventi di bursts segnalati da survey fotometriche, tra cui Gaia in passato e LSST in futuro.

 

 

 

 

 

 

 

Fig. 6: Rapporti di abbondanze C/O e Fe/Mg in funzione del rapporto Mg/Si ottenuti dal nostro gruppo nell’ambito del progetto GAPS per un campione di stelle con pianeti transitanti e in un ampio intervallo di parametri astrofisici (blu: Biazzo et al. 2022; verde: Filomeno et al. 2024). Le righe orizzontali demarcano le regioni dove i pianeti sono dominati da carburi o silicati (pannello superiore), oppure hanno nuclei di ferro più grandi (pannello inferiore). La linea verticale separa le regioni dove il magnesio nei mantelli forma pirosseni e feldspati oppure olivine e pirosseni. 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig. 7: Esempio di curva di variazione di velocità radiale ottenuta con dati HARPS-N@TNG del progetto GAPS per una stella giovane con un mini-Nettuno transitante appartenente al campione che verrà osservato con il satellite Ariel (Filomeno et al. 2025, in prep).

 

 

 

 

 

 

 

GaiaPortal @ Space Science Data Center

La missione spaziale Gaia dell’ESA è uno dei più importanti progetti per la comunità astronomica europea, che sta cambiando profondamente la nostra visione della Galassia con una precisa e dettagliata indagine stereoscopica di circa 1.8 miliardi di oggetti celesti fino alla 20a magnitudine. Gaia rappresenta un enorme passo avanti rispetto al precedente satellite Hipparcos dell’ESA per l’astrometria: il satellite Gaia esegue un’astrometria globale al microsecondo d’arco, con una precisione di due ordini di grandezza superiore a quella di Hipparcos.

Questa astrometria ad altissima precisione consente a Gaia di misurare la posizione tridimensionale di una stella, così come il suo movimento proiettato sulla volta celeste. Gaia ha anche raccolto dati spettroscopici, consentendo la misura delle velocità radiali che, combinate con i moti propri, permette la determinazione delle velocità reali per diversi milioni di stelle galattiche. Inoltre, i dati spettrofotometrici di Gaia consentono di misurare le proprietà astrofisiche, tra cui luminosità, gravità superficiale, temperatura e composizione chimica. Finora sono stati pubblicati quattro cataloghi Gaia: Gaia DR1 il 14 settembre 2016, Gaia DR2 il 25 aprile 2018, Gaia Early DR3 il 3 dicembre 2020 e Gaia DR3 il 13 giugno 2022. Il quarto rilascio dei dati è previsto non prima della fine del 2026, mentre il rilascio finale con l’archivio Gaia Legacy completo di tutti i dati è previsto per il 2030.

Fig. 1: Il portale SSDC dedicato alla missione Gaia

Nell’ambito di un’ampia collaborazione internazionale, lo Space Science Data Center (SSDC) contribuisce al DPAC-CU9, l’unità responsabile della realizzazione del catalogo e del rilascio dei dati Gaia. Per conto del CU9, il team Gaia del SSDC si occupa cross-match del catalogo Gaia con i più grandi cataloghi ottici e del vicino infrarosso disponibili alla comunità [Marrese et al. 2017, 2019]. SSDC è uno dei cinque centri dati partner dell’ESA per la pubblicazione e la diffusione dei dati di Gaia. SSDC ha quindi progettato, sviluppato e reso disponibile un portale per l’accesso ai dati di Gaia e ai relativi cataloghi esterni: il GaiaPortal (https://gaiaportal.ssdc.asi.it). SSDC continua a sviluppare strumenti di accesso, estrazione dati e cross-match multi-lunghezza d’onda per consentire alla comunità astronomica di gestire e sfruttare appieno il potenziale scientifico di questo enorme archivio.

SSDC è anche profondamente coinvolto in DPAC-CU5, l’unità responsabile dell’analisi dei dati spettrofotometrici di Gaia. SSDC sta costruendo l’archivio e il database dei dati ancillari prodotti dai team italiani di CU5 coinvolti in Gaia. I dati ancillari costituiscono la raccolta di tutte le misure, osservazioni e simulazioni necessarie per la riduzione e la calibrazione assoluta delle osservazioni spettrofotometriche di Gaia (SPSS@SSDC). Il team SSDC Gaia è coinvolto in tutti gli aspetti della riduzione e dell’analisi dei dati [Altavilla et al. 2021] finalizzato alla costruzione della griglia Gaia Spectro-Photometric Standard Stars.

Progetti principali:

• ESA Gaia

Personale coinvolto: P.M. Marrese, S. Marinoni, M. Fabrizio, G. Altavilla

Pubblicazioni e Conferenze: 

• Marrese et al. 2017, A&A, 607, 105
• Marrese et al. 2019, A&A, 621, 144
• Altavilla et al. 2021, MNRAS, 501, 284