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Gaia alla ricerca dei "fratelli" solari

I cerchi rossi indicano le possibili attuali distribuzioni dei fratelli solari nel disco della Via Lattea. Ogni pannello corrisponde ad uno specifico insieme di parametri del modello della Via Lattea. Le linee nere tratteggiate rappresentano la forma dei bracci della Galassia a spirale. Le linee continue nel pannello in basso a sinistra rappresentano i bracci a spirale della Galassia in un modello composta con due bracci con differente velocità ed ampiezza rispetto agli altri due. Le croci nere nei pannelli segnano la posizione del cluster da cui è nato il Sole 4600 milioni di anni fa. Nelle simulazioni, questa posizione viene considerato a 9 kiloparsec (kpc) dal centro galattico. Qui, gruppo nascita del Sole ha una massa iniziale di 1023 masse solari e un raggio di 2 parsec (pc).
I cerchi rossi indicano le possibili attuali distribuzioni dei fratelli solari nel disco della Via Lattea. Ogni pannello corrisponde ad uno specifico insieme di parametri del modello della Via Lattea. Le linee nere tratteggiate rappresentano la forma dei bracci della Galassia a spirale. Le linee continue nel pannello in basso a sinistra rappresentano i bracci a spirale della Galassia in un modello composta con due bracci con differente velocità ed ampiezza rispetto agli altri due. Le croci nere nei pannelli segnano la posizione del cluster da cui è nato il Sole 4600 milioni di anni fa. Nelle simulazioni, questa posizione viene considerato a 9 kiloparsec (kpc) dal centro galattico. Qui, gruppo nascita del Sole ha una massa iniziale di 1023 masse solari e un raggio di 2 parsec (pc). Credits: Carmen Adriana Martínez Barbosa (Leiden Observatory, Leiden University)

Questa immagine mostra le possibili attuali distribuzioni dei fratelli solari nel disco della Via Lattea. La loro identificazione potrebbe fornire importanti indizi sull'ambiente in cui si è formato il Sistema Solare e sul luogo nella Galassia dove è nato il Sole. L'incredibile mole di dati rilevati dal satellite astrometrico europeo GAIA (Global Astrometric Interferometer for Astrophysics) potrebbe dare un'importante contributo alla caccia.

4,6 miliardi di anni fa, il Sole è nato da un gruppo (cluster) di stelle che interagiscono gravitazionalmente e condividono la stessa età, metallicità e composizione chimica. Le testimonianze di questo ambiente possono essere osservate nel Sistema Solare stesso: per esempio, i prodotti del decadimento degli elementi radioattivi presenti nel record di meteoriti fossili suggeriscono che una supernova deve essere esplosa vicino al Sole, durante o subito dopo la formazione del Sistema Solare. Inoltre, le grandi eccentricità delle orbite degli oggetti che si trovano nella fascia di Edgeworth-Kuiper potrebbero essere la conseguenza di incontri ravvicinati con stelle che un tempo appartenevano al cluster.

L'intenso campo di marea gravitazionale della Via Lattea deve aver disperso il gruppo 2,4 miliardi di anni fa. Di conseguenza, le stelle che sono nate insieme al Sole, i cosiddetti fratelli solari, potrebbero essere attualmente disperse in qualsiasi parte del disco galattico.
La loro attuale distribuzione può essere prevista utilizzando simulazioni numeriche e un modello della Via Lattea ma sempre con una buona dose di incertezza.

Nel 2014, le analisi su metallicità e composizione chimica di un gruppo di candidati avevano portato all'identificazione del  primo "fratello" del nostro Sole. E' la stella HD 162826, più massiccia del Sole di un 15 per cento. Si trova a 110 anni luce di distanza nella costellazione di Ercole e non è visibile ad occhio nudo ma può essere facilmente osservata con un binocolo senza troppe pretese, non lontano dalla luminosa Vega.

Tuttavia, nel 2010, fu proposto in parallelo un altro metodo per la caccia, basato sullo studio della parallasse, dei moti propri e delle velocità radiali nello spazio osservabile. E questo è sicuramente il campo di ricerca di Gaia.

 

Distribuzione dei fratelli solari e dati di Gaia

Distribuzione dei fratelli solari (contorni rossi) e simulazione dei dati di Gaia per il disco stellare (contorno nero).
Ogni riquadro corrisponde alla distribuzione mostrata nell'immagine in apertura.
Credits: Carmen Adriana Martínez Barbosa (Leiden Observatory, Leiden University)

La procedura prevede un confronto tra l'ipotetica posizione dei fratelli solari mostrata in apertura, con la distribuzione delle stelle del disco galattico dal punto di vista di Gaia. L'intersezione tra le due regione mostra le migliori zone dello spazio con elevate caratteristiche astrometriche osservabili. In base alle statistiche su una vasta gamma di possibili parametri galattici e le condizioni iniziali del gruppo di nascita del Sole, un nuovo studio guidato da Martínez-Barbosa e Brown, mostra che la regione in cui l'identificazione dei fratelli solari è più probabile è con parallassi maggiori di 5 mas (1 mas = 1 millesimo di secondo d'arco), moti propri tra 4 e 6 mas yr-1 (il moto proprio è correntemente espresso il milliarcosecondi all'anno, cioè mas/yr) e velocità radiali tra -2 e 0 km s-1. Fissati i paletti, i prossimi dati in arrivo da Gaia e da altre campagne osservative saranno essenziali. Una volta identificati dei candidati, sarà necessario comunque verificarne con precisione l'età, la metallicità e la chimica per confermare la loro appartenenza alla famiglia.

The evolution of the Sun's birth cluster and the search for the solar siblings with Gaia [abstract]

We use self-consistent numerical simulations of the evolution and disruption of the Sun's birth cluster in the Milky Way potential to investigate the present-day phase-space distribution of the Sun's siblings. The simulations include the gravitational N-body forces within the cluster and the effects of stellar evolution on the cluster population. In addition, the gravitational forces due to the Milky Way potential are accounted for in a self-consistent manner. Our aim is to understand how the astrometric and radial velocity data from the Gaia mission can be used to pre-select solar sibling candidates. We vary the initial conditions of the Sun's birth cluster, as well as the parameters of the Galactic potential. In particular, we use different configurations and strengths of the bar and spiral arms. We show that the disruption time-scales of the cluster are insensitive to the details of the non-axisymmetric components of the Milky Way model and we make predictions, averaged over the different simulated possibilities, about the number of solar siblings that should appear in surveys such as Gaia or GALAH. We find a large variety of present-day phase-space distributions of solar siblings, which depend on the cluster initial conditions and the Milky Way model parameters. We show that nevertheless robust predictions can be made about the location of the solar siblings in the space of parallaxes (ϖ), proper motions (μ) and radial velocities (Vr). By calculating the ratio of the number of simulated solar siblings to that of the number of stars in a model Galactic disc, we find that this ratio is above 0.5 in the region given by: ϖ ≥ 5 mas, 4 ≤ μ ≤ 6 mas yr-1, and -2 ≤ Vr ≤ 0 km s-1. Selecting stars from this region should increase the probability of success in identifying solar siblings through follow-up observations. However the proposed pre-selection criterion is sensitive to our assumptions, in particular about the Galactic potential. Using a more realistic potential (e.g. including transient spiral structure and molecular clouds) would make the pre-selection of solar sibling candidates based on astrometric and radial velocity data very inefficient. This reinforces the need for large-scale surveys to determine precise astrophysical properties of stars, in particular their ages and chemical abundances, if we want to identify the solar family.

 

Riferimenti:
- http://www.cosmos.esa.int/web/gaia/iow_20160204

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Elisabetta Bonora

Sono una image processor e science blogger appassionata di astronomia, spazio, fisica e tecnologia, affascinata fin da bambina dal passato e dal futuro.
Dal 2009 elaboro le immagini raw delle missioni spaziali insieme a Marco Faccin ed ho creato questo blog ad agosto 2012, in occasione dello sbarco del rover Curiosity su Marte.
Per lavoro mi occupo di digital advertising, web e video analytics presso Shiny (SV – Italia) ma passo la maggior parte del tempo libero su questo sito e tra i cataloghi delle foto scattate dalle sonde e dai rover inviati nel nostro Sistema Solare "per esplorare nuovi mondi, alla ricerca di nuove forme di vita, per arrivare là dove nessuno è mai giunto prima!" ...Ovviamente, è chiaro, sono una fan di Star Trek!

Sito web: https://twitter.com/EliBonora
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