Yüksek hassasiyetli ölçümler Sefeidleri anlamamızı zorlaştırıyor

“Klasik Sefeidler”, zamanla ritmik olarak parlaklaşan ve sönen, titreşen bir yıldız türüdür. Bu titreşimler gökbilimcilerin uzaydaki geniş mesafeleri ölçmelerine yardımcı oluyor, bu da Cepheidleri evrenimizin büyüklüğünü ve ölçeğini anlamamıza yardımcı olan çok önemli “standart mumlar” haline getiriyor.

Önemlerine rağmen Sefeidleri incelemek zordur. Titreşimleri ve yoldaş yıldızlarla olan potansiyel etkileşimleri, doğru bir şekilde ölçülmesi zor olan karmaşık modeller oluşturur. Yıllar boyunca kullanılan farklı araç ve yöntemler tutarsız verilere yol açarak bu yıldızlara ilişkin anlayışımızı karmaşıklaştırdı.

EPFL’den astrofizikçi Richard I. Anderson, “Yüksek çözünürlüklü hız ölçümüyle Cepheid titreşimlerini takip etmek, bize bu yıldızların yapısı ve nasıl geliştikleri hakkında fikir veriyor” diyor. “Özellikle, yıldızların görüş hattı boyunca genişleyip büzüşme hızlarının (radyal hızlar olarak adlandırılan) ölçümleri, uzaydan yapılan hassas parlaklık ölçümlerinin çok önemli bir karşılığını sağlıyor. Bununla birlikte, yüksek kaliteye acil bir ihtiyaç var. radyal hızlar, çünkü toplanması pahalıdır ve çok az alet bunları toplama kapasitesine sahiptir.”

VELOCE Projesi

Anderson şimdi, 2010 ile 2022 yılları arasında gelişmiş spektrograflar kullanılarak 258 Sefeid radyal hızının 18.000’den fazla yüksek hassasiyetli ölçümünü toplayan büyük bir işbirliği olan VELOcities of CEpheids (VELOCE) projesiyle tam olarak bunu yapmak için bir bilim insanı ekibine liderlik ediyor. Onların araştırması. yayınlanan dergide Astronomi ve Astrofizik.

Anderson, “Bu veri seti, zaman içinde farklı teleskoplardan alınan Sefeid gözlemlerini birbirine bağlamak için bir dayanak noktası görevi görecek ve umarım topluluk tarafından yapılacak daha ileri çalışmalara ilham verecektir” diyor.

VELOCE, EPFL, Cenevre Üniversitesi ve KU Leuven arasındaki işbirliğinin meyvesidir. Şili’deki İsviçre Euler teleskopu ve La Palma’daki Flaman Mercator teleskopunun gözlemlerine dayanmaktadır. Anderson VELOCE projesine doktorası sırasında başladı. Cenevre Üniversitesi’nde doktora sonrası olarak ABD ve Almanya’da devam etti ve şimdi EPFL’de tamamladı. Anderson’ın Ph.D. öğrencisi Giordano Viviani, VELOCE verilerinin yayınlanmasını mümkün kılmada etkili oldu.

Cepheid gizemlerini son teknoloji hassasiyetle çözüyoruz

Viviani, “Ölçümlerin mükemmel hassasiyeti ve uzun vadeli istikrarı, Sefeidlerin nasıl titreştiğine dair ilginç yeni anlayışlara olanak sağladı” diyor. “Titreşimler görüş hattı hızında 70 km/s’ye veya yaklaşık 250.000 km/saat’e kadar değişikliklere yol açıyor. Bu değişimleri 130 km/saat (37 m/s) tipik bir hassasiyetle ölçtük, ve bazı durumlarda 7 km/sa (2 m/s) kadar hıza ulaşabiliyor ki bu da kabaca hızlı yürüyen bir insanın hızına eşdeğer.”

VELOCE araştırmacıları bu kadar hassas ölçümler elde etmek için elektromanyetik radyasyondaki dalga boylarını ayıran ve ölçen iki yüksek çözünürlüklü spektrograf kullandı: kuzey yarımkürede HERMES ve güney yarımkürede CORALIE. VELOCE dışında, CORALIE ötegezegen bulmasıyla ünlüdür ve HERMES yıldız astrofiziği alanında güçlü bir araçtır.

İki spektrograf, Sefeidlerin ışığında hareketlerini gösteren küçük değişiklikler tespit etti. Araştırmacılar, ölçümlerinin istikrarlı ve doğru olmasını sağlamak ve herhangi bir aletsel sapmayı ve atmosferik değişikliği düzeltmek için gelişmiş teknikler kullandılar.

Anderson, “Doppler etkisini kullanarak radyal hızları ölçüyoruz” diye açıklıyor. “Bu, polisin hızınızı ölçmek için kullandığı etkinin aynısı ve ayrıca bir ambulans size yaklaştığında veya sizden uzaklaştığında ses tonunun değişmesinden de bildiğiniz etki.”

Sefeidlerin tuhaf dansı

VELOCE projesi Cepheid yıldızları hakkında birçok büyüleyici ayrıntıyı ortaya çıkardı. Örneğin VELOCE verileri, daha önce bilinmeyen çift tepeli tümsekleri gösteren Hertzsprung ilerlemesine (yıldızların titreşimlerindeki bir model) şimdiye kadarki en ayrıntılı bakışı sağlıyor ve teorik modellerle karşılaştırıldığında Cepheidlerin yapısının daha iyi anlaşılmasına yönelik ipuçları sağlayacak. titreşen yıldızlardan.

Ekip, birçok Cepheid’in hareketlerinde karmaşık, modüle edilmiş değişkenlik sergilediğini buldu. Bu, yıldızların radyal hızlarının basit, düzenli titreşim desenleriyle açıklanamayacak şekilde değiştiği anlamına gelir. Başka bir deyişle, Cepheidlerin öngörülebilir bir ritimle titreşmesini beklerken, VELOCE verileri bu hareketlerde ek, beklenmedik değişiklikler olduğunu ortaya koyuyor.

Bu varyasyonlar Sefeidleri tanımlamak için geleneksel olarak kullanılan teorik titreşim modelleriyle tutarlı değildir. “Bu, yıldızın farklı katmanları arasındaki etkileşimler veya Sefeid yıldızlarının yapısını asterosismoloji yoluyla belirleme fırsatı sunabilecek ek (radyal olmayan) titreşim sinyalleri gibi, bu yıldızların içinde meydana gelen daha karmaşık süreçlerin olduğunu gösteriyor” diyor. Anderson’ın doktora sonrası öğrencisi Henryka Netzel. VELOCE’ye dayalı olarak bu tür sinyallerin ilk tespitleri, tamamlayıcı bir makalede rapor edilmiştir (Netzel ve diğerleri, baskıda).

İkili sistemler

Çalışma ayrıca ikili sistemlerin (birbirinin etrafında dönen iki yıldız) parçası olan 77 Cepheid yıldızı belirledi ve 14 aday daha buldu. Anderson’ın eski doktora sonrası araştırmacısı Shreeya Shetye tarafından hazırlanan bir yardımcı makale, bu sistemleri ayrıntılı olarak tanımlayarak, bu yıldızların nasıl geliştiğine ve birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğine dair anlayışımıza katkıda bulunuyor.

Shetye, “Yaklaşık üç Sefeid’den birinin, varlığını Doppler etkisiyle belirleyebileceğimiz görünmeyen bir arkadaşı olduğunu görüyoruz” diyor.

Anderson, “Cefeidlerin doğasını ve fiziğini anlamak önemlidir çünkü bize genel olarak yıldızların nasıl geliştiğini anlatırlar ve biz de mesafeleri ve evrenin genişleme hızını belirlemek için onlara güveniriz” diyor. “Ek olarak VELOCE, Sefeid radyal hız ölçümlerinin en büyük araştırmasını gerçekleştirecek olan ESA misyonu Gaia’nın benzer ancak daha az hassas ölçümleri için mevcut en iyi çapraz kontrolleri sağlıyor.”