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Strutture filamentari durante le prime fasi della formazione stellare
Uno dei maggiori risultati ottenuti dal telescopio nel lontano infrarosso Herschel (ESA) nell’ambito della formazione stellare è la presenza di strutture filamentari in corrispondenza di regioni di formazione stellare. Utilizzando Herschel ho studiato la regione di formazione stellare del Serpens Main. Una peculiarità di questa regione è che le immagini Herschel rilevano una convergenza dei filamenti verso l’ammasso centrale. Dalle immagini muli-banda di Herschel ho ricostruito le mappe di densità e temperatura della regione. Il confronto di queste con simulazione idrodinamica di formazione di ammassi ha permesso di concludere che i filamenti osservati sono strutture auto-gravitanti che tenderanno a frammentare in nuclei più piccoli. I risultati sono pubblicati in Roccatagliata et al. (2015).
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Evoluzione dei dischi protoplanetari
La comprensione dei processi di evoluzione e dissipazione del gas e della polvere in dischi proto- planetari `e fondamentale per la comprensione dei modelli di formazione planetaria. Il confronto di dati a diverse lunghezze d’onda di ammassi stellari giovani fornisce informazioni importanti sul meccanismo di dissipazione della polvere. Di particolare importanza sono ammassi stellari con eta` intermedia tra i 5 e 15 milioni di anni. In un team internazionale abbiamo studiato l’associazione vicina η Cha (Sicilia- Aguilar et al. 2009) prima nell’infrarosso con il telescopio spaziale Spitzer poi nel millimetrico con APEX/LABOCA. Dal confronto delle immagini nell’infrarosso di η Cha e immagini millimetriche ottenute con APEX/LABOCA, abbiamo compilato le distribuzioni spettrali energetiche per caratterizzare i dischi protoplanetari attorno ai membri. Dal confronto poi dell’emissione infrarossa e milllimetrica originate da differenti parti del disco, abbiamo concluso che la dissipazione del disco è avvenuta principalmente dall’interno verso l’esterno. Questo progetto è basato sul principio che differenti parti del disco emettono a differenti lunghezze d’onda e confrontandole si può vedere quale parte del disco dissipa prima. Inoltre, la sinergia con i nuovi dati Gaia si è rivelata importante per ridefinire distanza ed età delle associazioni e ammassi stellari considerati. In una prima pubblicazione sull’associazione η Chamaleontis recente- mente accettata per la pubblicazione (Roccatagliata et al. 2024), abbiamo iniziato a studiare an- che l’evoluzione dei dischi di debris in funzione del tempo. Abbiamo trovato che i processi fisici responsabili della formazione dei dischi di debris, come crescita della polvere o trapping della pol- vere, agiscono efficientemente in meno di 5 Myr.
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Binarietà in stelle giovani
L’interazione di stelle binarie nelle prime fasi evolutive della formazione planetaria `e di parti- colare importanza per comprendere l’architettura dei sistemi planetari evoluti.
Durante il mio dottorato ho condotto uno studio del sistema
binario Haro 6-10. Il sistema consiste di una sorgente brillante nell’ottico (Haro 6-10 S) e di un compagno infrarosso (Haro 6-10 N) (Figura 4). Ho confrontato immagini multi- banda di archivio HST/WPFC2 and VLT/NACO, con nuovi spettri medio-infrarossi ottenuti con TIMMI2 e osservazioni interferometriche nel medio-infrarosso con VLTI/MIDI. Entrambe le componenti stellari di Haro 6-10 sono al centro di un inviluppo di polvere comune, con composizione della polvere simile a quella del mezzo interstellare. Ciascuna componente del sistema binario ha poi il suo disco protoplanetario e i due dischi sono tra loro disallineati. Questo suggerisce che il sistema si è formato dalla fragmentazione della nube molecolare. Questo lavoro pubblicato in Roccatagliata et al. (2011) è un importante precursore nel campo, viste le recenti scoperte ALMA di sistemi binari disallineati. Un’estensione di questo studio è stato parte del progetto di tesi di laurea magistrale di G. Ricciardi sull’influenza della molteplicità stellare sulle masse dei dischi protoplanetari in Orione.
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Evoluzione dei dischi protoplanetari
Dischi evoluti (di transizione e di debris) presentano cavita` nella parte interna del disco.
Ho condotto una campagna di osservazione per risolvere per la prima volta nel 2007 le cavit`a nel medio infrarosso di dischi in transizione. In particolare ho ottenuto osservazioni di tre oggetti come PI. Le osservazioni sono state poi pubblicate da uno studente di PhD (Gr ̈afe et al. 2011). Per capire se tali cavita` possono essere associate alla presenza di pianeti al loro interno, ho condotto una campagna osservativa di velocita` radiali con FEROS (PI V. Roccatagliata) e una proposta con VLT/ERIS per confermare e caratterizzare un pianeta gia` rilevato in AB Aur `e in attesa di risposta. Dati complementari verranno richiesti con la strumentazione all’avanguardia, sia su LBT e VLT per ottenere immagini ad alto contrasto, sia con HARPS N su TNG o ESPRESSO su VLT per ottenere velocita` radiali accurate.
Durante il dottorato di ricerca ho condotto una campagna osservativa nel millemetrico di dischi debris attorno a stelle solari, in collaborazione con il team del programma FEPS con Spitzer. Ho trovato un’evoluzione della povere in dischi di debris piu` vecchi di 30 Myr. In questo progetto ho scritto la proposta, fatte le osservazioni, analizzati i dati e scritta la pubblicazione (Roccatagliata et al. 2009).
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Evoluzione di dischi protoplanetari in presenza di fly-by stellari
Un altro processo importante per l’evoluzione dei dischi protoplanetari riguarda gli effetti mare- ali in conseguenza di un flyby stellare nei primi milioni di anni di vita delle stelle. A tal proposito, ci sono evidenze che anche il Sistema Solare abbia avuto un flyby da parte di WISE J072003.20-084651.2 (Mamajek et al. 2015) e tra 1.3 Myr ne vivra` un altro (e.g. de la Fuente Marcos et al. 2018). In un progetto di follow-up, ho supervisionato il lavoro di tesi di laurea basato sui dati astrometrici e spettroscopici ottenuti con il satellite Gaia. Il risultato princi- pale di questo studio `e l’alta frazione di fly-by del campione studiato (Bertini, Roccatagliata, Kim, 2023), suggerendo che questo puo` essere un processo fondamentale nella formazione ed evoluzione dei dischi di debris. Un fondamentale contributo in questo studio, per ricostruire la storia dei flybys vissuti da ogni disco di debris nell’arco della sua vita richiedera` da una parte l’accuratezza astrometrica di Gaia, dall’altra un accurato calcolo delle velocit`a radiali discu- tendo per ciascuna sorgente le righe ottimali da utilizzare per il calcolo. In questo contesto, le nuove facility spettroscopiche multi-oggetto, come 4MOST o LSST saranno fondamentali.
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Evoluzione di dischi protoplanetari in regioni a forte irraggiamento UV
L’intenso campo di radiazione ultravioletto prodotto dalle stelle massicce (tipi spettrali O e B) può avere un ruolo chiave nella fotoevaporazione di dischi protoplanetari. In particolare, la presenza di stelle O e B può abbreviare la vita media dei dischi, che, a loro volta, tenderanno ad avere una minor efficienza di formazione planetaria. Sono PI di uno studio dell’influenza delle stelle massicce sulla struttura ed evoluzione dei dischi protoplanetari. Utilizzando il telescopio spaziale Spitzer, abbiamo condotto una survey profonda nell’infrarosso di tre associazioni OB per determinare l’influenza del feedback stellare nella struttura ed evoluzione dei dischi protoplanetari. Ho partecipato alla preparazione della proposta analizzando i dati di archivio disponibili e scrivendo la proposta originale Spitzer. La popolazione stellare complessiva dell’ammasso è stata determinata utilizzando osservazioni X ottenute con il telescopio Chandra. Ho poi condotto l’analisi dell’ammasso IC 1795. Con un’età di 3-5 Myr, la frazione di dischi media in IC 1795 è in buon accordo con il trend identificato in ammassi di stelle di bassa massa. Questo implica che la presenza di poche stelle O in IC 1795 non influenza l’evoluzione del disco. Tuttavia, in ammassi dove ci sono più stelle massicce, l’evoluzione dei dischi è molto più rapida (Roccatagliata et al. 2011). Abbiamo iniziato recentemente un progetto con JWST per caratterizzare dischi nella regione con più alto feedback nella nostra galassia, Pismis 24, e un’età di 1 Myr (Ramiréz-Tannus et al. 2023). Sto supervisionando una tesi di laurea per la caratterizzazione stellare nell’ottico delle sorgenti in Pismis 24 e in una regione sempre di alta massa con età leggermente più alta rispetto a Pismis 24, di 2-3 Myr.
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Studio dinamico e astrometrico di ammassi stellari giovani con Gaia
Il telescopio spaziale Gaia (ESA) permette di studiare la dinamica degli ammassi stellari con estrema precisione. Utilizzando la seconda release dei dati Gaia ho investigato la struttura tridimensionale di due regioni stellari giovani, Chamaeleon I e Taurus. Un risultato principale riguarda la distanza della regione del Chamaeleon I che si trova 20 pc più lontana rispetto a quello che erastato sempre adottato in letteratura. Ho poi ridefinito in 3D le due sotto-popolazioni dell’ammasso. In Taurus le popolazioni risolte sono state studiate in relazione alla struttura filamentare della nube molecolare presente nella regione. Entrambi i progetti hanno portato a una pubblicazione (Roccatagliata et al. 2018, 2020). Ho supervisionato una tesi di laurea specialistica per studiare la binarietà nei dischi di debris in sistemi con e senza pianeti. Abbiamo poi cercato possibili fly-by stellari che possono essere accaduti durante la vita della stella utilizzando i dati della terza release di Gaia EDR3 (Bertini, Roccatagliata, Kim 2023). Questi recenti lavori utilizzando dati Gaia stanno dimostrando un impatto fondamentale anche su studi di evoluzione e struttura stessa di dischi attorno a stelle giovani.
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Struttura molecolare in zone di formazione stellare di alta massa
Il complesso della Carina Nebula (a ∼ 2.3 kpc di distanza dal Sole) rappresenta uno delle zone di formazione stellare a più alta massa nella nostra Galassia. Grazie alle osservazioni nel lontano infrarosso con il telescopio spaziale Herschel (Preibisch, Roccatagliata et al. 2012) è stato possibile analizzare la struttura della nube molecolare fino alla grandezza scala dei clump sull’intera estensione della regione. Ho dimostrato una relazione tra densità, temperatura della nube molecolare e il feedback prodotto dalle numerose stelle massicce. Confrontando la massa dell’intera nube e il tasso di formazione stellare con altre regioni si trova un’efficienza particolarmente elevata in Carina. Tale formazione stellare può essere stata indotta da una compressione della nube molecolare (Roccatagliata et al. 2013). In particolare Lada et al. (2012) avevano suggerito l’esistenza di una relazione fondamentale tra massa totale e il tasso di formazione stellare in nubi galattiche locali e le galassie esterne. Abbiamo trovato che la massa totale e la rate di formazione stellare di Carina è tra le nubi galattiche locali e le galassie esterne. Nel contesto di recenti osservazioni JWST di Pismis 24, stiamo anche caratterizzando i proplyds in Pismis 24. L’effetto poi del feedback sulla nube molecolare locale è studiato con osservazioni a banda stretta nell’ottico delle strutture a pillar.
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Osservazioni di pianeti extrasolari
Durante il mio dottorato di ricerca ho avuto l’idea iniziale e ho condotto una campagna osservativa con FEROS al telescopio di 2.2m (La Silla, Cile) di velocità radiali di pianeti attorno a stelle povere di metalli. Nel 2012 abbiamo pubblicato la scoperta del pianeta che sembrava fosse il più vecchio (Setiawan J., V. Roccatagliata et al. 2012). Il pianeta poi è stato smentito da osservazioni con altri
strumenti (Desidera et al. 2013). Ho poi coordinato la nuova analisi di tutte le osservazioni
dell’oggetto, monitorando un calibratore con osservazioni anche con un altro spettrografo
(HARPS). Questo ha portato alla scoperta di un errore nella pipeline di FEROS, in cui
la correzione bariocentrica non era sufficientemente accurata per la scoperta di pianeti (A.
Müller, V. Roccatagliata et al. 2013). Ho anche iniziato una survey di velocit`a radiali di dischi di transizione. Sono stata membro poi del working group TOCS (TESS Open Cluster studies) della missione spaziale della NASA TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). A questo riguardo ho contribuito alla proposta di osservazione per collezionare la fotometria con cadenza a 2-min di 800 stelle in cluster e associazioni giovani tra gli 1 e gli 80 Myr. Ho anche contribuito alla pubblicazione del pianeta di massa meno di 0.18 la massa di Giove a 0.07 AU scoperto all’interno del disco di debris piu` giovane, AU Mic. Questa scoperta `e stata pubblicata su Nature. Il transito è stato poi confermato da varie osservazioni, portando alla scoperta di altri 2 pianeti. Sono poi membro del GTO INAF “STEP: Search for Thermal Emission of Protoplanets”. I dati ottenuti dalla prima notte di osservazione sono stati la base della tesi di laurea magistrale di F. Maio. Una serie di risultati fondamentali sono stati ottenuti da un’accurata calibrazione e analisi dei dati ottenuti con il coronografo Apodizing phase plate (APP) montato su VLT/ERIS (Maio et al. 2024, in prep.). In particolare, sono state rivelate: sottostrutture risolte in dischi protoplanetari, candidati pianeti in particolari posizioni rispetto alle sottostrutture risolte dei dischi, in un pianeta confermato possibile presenza di uno streamer.
