Results of the SARG survey for planets in binaries

Dalla scoperta del primo compagno di massa planetaria attorno a una stella pulsar (Wolszczan and Frail 1992) e da quella, di poco successiva, attorno ad una stella simile al nostro Sole (51 Peg Mayor and Queloz 1995), si sono compiuti numerosi progressi nella scienza che si occupa degli esopianeti. Sono stati costruiti strumenti nuovi e sempre più precisi e molti altri sono in fase di studio e realizzazione. Ciò ha portato ad un campione rapidamente crescente di pianeti rivelati, inoltre la massa minima dei pianeti extrasolari si è ridotta velocemente ed ora è vicina a quella della Terra. Lo scopo finale è quello della scoperta di pianeti il più possibilmente simili alla Terra ed, infine, di tracce di vita extrasolare. Con la scoperta di 51 Peg, circa quindici anni fa, si è imparato come le osservazioni sollevino spesso nuovi dubbi riguardo le teorie di formazione ed evoluzione, concludendosi con la necessità di sviluppare teorie più sofisticate per affrontare tali questioni. Grazie alle informazioni provenienti da più di un decennio di ricerca di pianeti extrasolari, sono stati eseguiti numerosi studi statistici per cercare di rispondere a domande correlate alla distribuzione delle proprietà di questi oggetti, come massa, periodo orbitale ed eccentricità (Lineweaver and Grether 2003; Cumming et al. 2008), come pure a quelle riguardanti le caratteristiche delle stelle ospitanti (massa, metallicità) sulla frequenza e distribuzione finale dei sistemi planetari (consultare Fischer and Valenti 2005; Santos et al. 2004b; Johnson et al. 2007; Bonavita and Desidera 2007; Valenti and Fischer 2008; Kennedy and Kenyon 2008; Bonavita et al. 2010). Poichè le tecniche di maggior successo (velocità radiali e transiti) si sono focalizzate sull’ambiente interno (< 5UA) per stelle di tipo solare di sequenza principale, gran parte delle informazioni disponibili sulla frequenza di pianeti riguardano questo tipo di target. In questo contesto è, quindi, fondamentale analizzare quanto possibile i dati osservativi. Inoltre, studiare la frequenza di pianeti in stelle binarie è di grande interesse, in quanto più della metà delle stelle di tipo solare si trova in sistemi binari o multipli (Duquennoy and Mayor 1991), e quindi una tale informazione può fornire indicazioni sulla formazione ed evoluzione dei pianeti. Lo studio delle proprietà dei pianeti in stelle binarie, confrontato con le peculiarità dei pianeti ospiti di stelle singole, può chiarire quali possano essere gli effetti causati dalla presenza dei compagni planetari. La survey SARG (Desidera et al. 2010) è dedicata a ricercare pianeti in stelle binarie, un ambiente di solito non preso in considerazione dalla maggior parte delle survey che si basano sulla misurazione delle velocità radiali delle stelle. Questo è dovuto principalmente alla difficoltà di isolare le componenti vicine nella fenditura e, quindi, ad evitare di andare incontro a problemi di contaminazione. Un’altra peculiarità delle stelle del nostro campione è il loro livello di attività. Molti oggetti sono relativamente attivi, il che rende la distinzione del segnale planetario molto delicata, ma allo stesso tempo molto interessante da analizzare. In questa tesi si presentano i risultati dell’unico pianeta scoperto, il metodo che è stato utilizzato per rilevarlo, l’analisi degli errori effettuata per l’intero campione, includendo anche la trattazione sull’attività stellare, e si conclude con uno studio sulla frequenza dei pianeti in sistemi binari che risulta dall’analisi della survey. Nel Capitolo 1 si contestualizzerà il lavoro, riassumendo lo stato dell’arte della ricerca dei pianeti extrasolari e la conoscenza in particolare, sia dal punto di vista teorico, sia osservativo, dei pianeti scoperti in sistemi stellari binari. Per prima cosa si presenterà una panoramica delle tecniche per la rilevazione di pianeti extrasolari e delle teorie della formazione dei pianeti. In seguito verranno riassunte le proprietà dei pianeti extrasolari che provengono dai risultati osservativi e, per concludere, ci si focalizzerà sulle proprietà della formazione dei pianeti in sistemi binari. Nel Capitolo 2 si presenterà la survey SARG, a partire dalla descrizione dello strumento utilizzato per le osservazioni e si proseguirà con l’esposizione degli obiettivi di questo progetto, la presentazione del campione di stelle osservato e lo stato del programma. Il Capitolo 3 descriverà la tecnica di riduzione dei dati ed include una panoramica dettagliata sul codice di analisi dei dati. Nel Capitolo 4 presenterò una descrizione dettagliata delle analisi delle stelle del campione. Illustrerò come per prima cosa sia stata effettuata un’analisi approfondita degli errori per distinguere il contributo “ rumoroso” dall’eventuale segnale planetario e, successivamente, sia stato eseguito uno studio dettagliato sul jitter per l’intero campione di stelle, in quanto il suo contributo è molto importante nell’analisi delle piccole variazioni delle velocità radiali. Dopo questa analisi entrerò in dettaglio presentando lo studio sui trend del campione e la ricerca dei pianeti candidati utilizzando un codice che ho personalmente implementato. Questo programma comprende lo studio del periodogramma per ogni set di dati e la modellizzazione dell’orbita Kepleriana dovuta all’eventuale presenza di un compagno planetario o stellare della stella osservata. Presenterò, infine, i test statistici eseguiti sulla significatività della periodicità ed il calcolo delle barre d’errore nei parametri orbitali, al fine di ottenere un’analisi solida e completa. Nel Capitolo 5 verrà presentato il pianeta rivelato. Ho contribuito personalmente al calcolo dei parametri orbitali del pianeta, utilizzando il codice descritto nel capitolo precedente e mi sono, inoltre, occupata dell’analisi del jitter delle stelle e di ricavare il limite di massa della compagna della componente primaria, dal contrasto in banda K. Nel Capitolo 6 si analizzerà un caso peculiare di attività stellare all’interno del nostro campione. Ho personalmente calcolato un indice di attività misurato su una riga degli spettri, per verificare la relazione tra le variazioni delle velocità radiali e il ciclo di attività stellare. Nel Capitolo 7 saranno presentati i risultati su un pianeta ospite di una stella del nostro campione, ma rivelato da altri autori. Riporterò l’analisi del periodogramma e l’analisi dell’orbita Kepleriana, al fine di confrontare i nostri risultati con quelli ottenuti dagli scopritori. Il Capitolo 8 fornirà una breve panoramica delle attuali conoscenze sulla frequenza dei pianeti, e una descrizione dettagliata dei risultati ottenuti dall’analisi statistica della survey SARG. Nel Capitolo 9 riassumerò, infine, le conclusioni e le prospettive future.