_ Măsurătorile de înaltă precizie ne provoacă înțelegerea Cefeidelor

„Cefeidele clasice” sunt un tip de stea pulsatorie care se luminează ritmic și se estompează în timp. Aceste pulsații îi ajută pe astronomi să măsoare distanțe mari în spațiu, ceea ce face din Cefeide „lumânări standard” cruciale, care ne ajută să înțelegem dimensiunea și scara universului nostru.

În ciuda importanței lor, studiul Cefeidelor este o provocare. Pulsațiile lor și potențialele interacțiuni cu stelele însoțitoare creează modele complexe care sunt dificil de măsurat cu precizie. Diferite instrumente și metode utilizate de-a lungul anilor au condus la date inconsecvente, complicându-ne înțelegerea acestor stele.

„Urmărirea pulsațiilor cefeidelor cu velocimetrie de înaltă definiție ne oferă perspective asupra structurii acestor stele și a modului în care evoluează acestea. ”, spune Richard I. Anderson, astrofizician la EPFL. „În special, măsurătorile vitezei cu care stelele se extind și se contractă de-a lungul liniei de vedere – așa-numitele viteze radiale – oferă o contrapartidă crucială pentru măsurători precise de luminozitate din spațiu. Cu toate acestea, a existat o nevoie urgentă de înaltă calitate. viteze radiale pentru că sunt scumpe de colectat și pentru că puține instrumente sunt capabile să le colecteze.”

Anderson a condus acum o echipă de oameni de știință să facă exact asta cu proiectul VELOcities of CEpheids (VELOCE), un mare colaborare care de-a lungul a 12 ani a colectat peste 18.000 de măsurători de înaltă precizie a 258 de viteze radiale de cefeide folosind spectrografe avansate între 2010 și 2022. Cercetarea lor este publicată în revista Astronomy & Astrophysics.

„Acest set de date va servi ca o ancoră pentru a lega observațiile Cefeide de la diferite telescoape de-a lungul timpului și, sperăm, să inspire studii suplimentare din partea comunității”, spune Anderson.

VELOCE este rodul unei colaborări între EPFL, Universitatea din Geneva și KU Leuven. . Se bazează pe observațiile telescopului elvețian Euler din Chile și telescopului flamand Mercator din La Palma. Anderson a început proiectul VELOCE în timpul doctoratului său. la Universitatea din Geneva, a continuat-o ca post-doctorat în SUA și Germania, iar acum l-a finalizat la EPFL. doctoratul lui Anderson. student, Giordano Viviani, a jucat un rol esențial în a face posibilă lansarea datelor VELOCE.

„Precizia minunată și stabilitatea pe termen lung a măsurătorilor au permis noi perspective interesante asupra modului în care pulsează cefeidele”, spune Viviani. „Pulațiile duc la modificări ale vitezei liniei de vedere de până la 70 km/s, sau aproximativ 250.000 km/h. Am măsurat aceste variații cu o precizie tipică de 130 km/h (37 m/s), și, în unele cazuri, chiar și de 7 km/h (2 m/s), care este aproximativ viteza unui om care merge rapid.”

Pentru a obține măsurători atât de precise, cercetătorii VELOCE au folosit două spectrografe cu rezoluție, care separă și măsoară lungimi de undă în radiația electromagnetică: HERMES în emisfera nordică și CORALIE în emisfera sudică. În afara VELOCE, CORALIE este renumită pentru găsirea exoplanetelor, iar HERMES este un cal de bătaie al astrofizicii stelare.

Cele două spectrografe au detectat mici schimbări în lumina Cefeidelor, indicând mișcările acestora. Cercetătorii au folosit tehnici avansate pentru a se asigura că măsurătorile lor au fost stabile și precise, corectând orice deviere instrumentală și modificări atmosferice.

„Măsurăm vitezele radiale folosind efectul Doppler”, explică Anderson. „Este același efect pe care îl folosește poliția pentru a-ți măsura viteza și, de asemenea, efectul pe care îl cunoști din schimbarea tonului atunci când o ambulanță se apropie sau se îndepărtează de tine.”

Dansul ciudat al Cefeidelor.

Proiectul VELOCE a descoperit câteva detalii fascinante despre stelele Cefeide. De exemplu, datele VELOCE oferă cea mai detaliată privire de până acum asupra progresiei Hertzsprung - un model în pulsațiile stelelor - care arată denivelări cu vârfuri duble care nu erau cunoscute anterior și vor oferi indicii pentru o mai bună înțelegere a structurii Cefeidelor în comparație cu modelele teoretice. de stele pulsatoare.

Echipa a descoperit că mai multe cefeide prezintă o variabilitate complexă, modulată, în mișcările lor. Aceasta înseamnă că vitezele radiale ale stelelor se modifică în moduri care nu pot fi explicate prin modele de pulsații simple și regulate. Cu alte cuvinte, în timp ce ne-am aștepta ca cefeidele să pulseze cu un ritm previzibil, datele VELOCE dezvăluie variații suplimentare, neașteptate ale acestor mișcări.

Aceste variații nu sunt în concordanță cu modelele teoretice de pulsație utilizate în mod tradițional pentru a descrie cefeidele. „Acest lucru sugerează că în aceste stele au loc procese mai complicate, cum ar fi interacțiunile dintre diferitele straturi ale stelei sau semnale suplimentare de pulsație (non-radiale) care pot prezenta o oportunitate de a determina structura stelelor Cefeide prin asteroseismologie”, spune. Henryka Netzel, postdoctoratul lui Anderson. Primele detectări ale unor astfel de semnale bazate pe VELOCE sunt raportate într-o lucrare însoțitoare (Netzel și colab., în presă).

Studiul a identificat, de asemenea, 77 de stele cefeide care fac parte din sisteme binare (două stele care orbitează una pe cealaltă). ) și a găsit încă 14 candidați. O lucrare însoțitoare condusă de fostul post-doctorat al lui Anderson, Shreeya Shetye, descrie aceste sisteme în detaliu, adăugând la înțelegerea noastră despre modul în care aceste stele evoluează și interacționează între ele.

„Vedem că aproximativ una din trei Cefeide are un însoțitor nevăzut a cărui prezență o putem determina prin efectul Doppler”, spune Shetye.

„Înțelegerea naturii și fizicii Cefeidelor este importantă pentru că ele ne spun despre modul în care evoluează stelele în general și pentru că ne bazăm pe pentru a determina distanțe și viteza de expansiune a universului”, spune Anderson. „În plus, VELOCE oferă cele mai bune verificări încrucișate disponibile pentru măsurători similare, dar mai puțin precise, de la misiunea ESA Gaia, care va efectua în cele din urmă cel mai mare studiu al măsurătorilor vitezei radiale cefeidelor.”

(Fluierul)