En parlak Cepheid değişken yıldızlarından biri olan RS Puppis, altı haftalık bir döngü boyunca ritmik olarak parlar ve söner. Kaynak: NASA, ESA, Hubble Miras Ekibi (STScI/AURA)-Hubble/Avrupa İşbirliği
VELOCE projesinin Cepheid yıldızları üzerindeki yeni bulguları arasında, kapsamlı radyal hız ölçümlerinden elde edilen ayrıntılı titreşim desenleri ve ikili sistem dinamikleri yer alıyor.
“Klasik Cepheidler”, zamanla ritmik olarak parlayan ve sönükleşen bir tür titreşen yıldızdır. Bu titreşimler, gökbilimcilerin uzaydaki engin mesafeleri ölçmelerine yardımcı olur ve bu da Cepheidleri evrenimizin boyutunu ve ölçeğini anlamamıza yardımcı olan önemli “standart mumlar” haline getirir.
Önemlerine rağmen, Sefeidleri incelemek zordur. Titreşimleri ve yoldaş yıldızlarla olası etkileşimleri, doğru bir şekilde ölçülmesi zor olan karmaşık desenler yaratır. Yıllar boyunca kullanılan farklı araçlar ve yöntemler tutarsız verilere yol açarak bu yıldızları anlamamızı zorlaştırmıştır.
EPFL’de astrofizikçi olan Richard I. Anderson, “Cepheid titreşimlerini yüksek çözünürlüklü hız ölçümüyle izlemek bize bu yıldızların yapısı ve nasıl evrimleştikleri hakkında fikir veriyor,” diyor. “Özellikle, yıldızların görüş hattı boyunca genişleyip daraldığı hızın ölçülmesi -sözde radyal hızlar- uzaydan hassas parlaklık ölçümlerine önemli bir karşılık sağlıyor. Ancak, toplanması pahalı olduğu ve bunları toplayabilecek çok az alet olduğu için yüksek kaliteli radyal hızlara acil ihtiyaç duyuluyor.”
VELOCE Projesi
Anderson, 12 yıl boyunca gelişmiş spektrograflar kullanarak 2010 ile 2022 yılları arasında 258 Cepheid radyal hızının 18.000’den fazla yüksek hassasiyetli ölçümünü toplayan büyük bir iş birliği olan VELOCities of CEpheids (VELOCE) projesiyle tam olarak bunu yapmak üzere bir bilim insanları ekibine liderlik etti. “Bu veri seti, zaman içinde farklı teleskoplardan yapılan Cepheid gözlemlerini birbirine bağlamak için bir çapa görevi görecek ve umarım topluluk tarafından daha fazla çalışmaya ilham verecektir.”
VELOCE, EPFL, Cenevre Üniversitesi ve KU Leuven arasındaki bir işbirliğinin meyvesidir. Şili’deki İsviçre Euler teleskobu ve Flaman La Palma’daki Mercator teleskobu. Anderson, VELOCE projesine Cenevre Üniversitesi’ndeki doktorası sırasında başladı, ABD ve Almanya’da doktora sonrası araştırmacı olarak devam etti ve şimdi EPFL’de tamamladı. Anderson’ın doktora öğrencisi Giordano Viviani, VELOCE verilerinin yayınlanmasını mümkün kılmada etkili oldu.
“Cefeidlerin doğasını ve fiziğini anlamak önemlidir, çünkü bunlar bize yıldızların genel olarak nasıl evrimleştiğini anlatır ve biz de mesafeleri ve Evrenin genişleme oranını belirlemek için onlara güveniriz.”
— Richard I. Anderson (EPFL)
Cepheid Gizemlerini Son Teknoloji Hassasiyetle Çözmek
Viviani, “Ölçümlerin harika hassasiyeti ve uzun vadeli istikrarı, Cepheidlerin nasıl titreştiğine dair ilginç yeni içgörüler sağladı,” diyor. “Titreşimler, görüş hattı hızında 70 km/s’ye veya yaklaşık 250.000 km/s’ye kadar değişikliklere yol açıyor. Bu değişimleri tipik olarak 130 km/s (37 m/s) hassasiyetle ve bazı durumlarda 7 km/s (2 m/s) kadar iyi bir hassasiyetle ölçtük; bu da yaklaşık olarak hızlı yürüyen bir insanın hızına eşittir.”
VELOCE araştırmacıları, bu kadar hassas ölçümler elde etmek için elektromanyetik radyasyondaki dalga boylarını ayıran ve ölçen iki yüksek çözünürlüklü spektrograf kullandılar: HERMES Kuzey yarımkürede ve MERCAN Güney yarımkürede. VELOCE dışında, CORALIE dış gezegenleri bulmasıyla ünlüdür ve HERMES yıldız astrofiziğinin bir iş gücüdür.
İki spektrograf, Cepheidlerin ışığında hareketlerini gösteren küçük kaymalar tespit etti. Araştırmacılar, ölçümlerinin istikrarlı ve doğru olduğundan emin olmak için gelişmiş teknikler kullandılar ve herhangi bir enstrümantal kayma ve atmosferik değişim için düzeltme yaptılar. Anderson, “Doppler etkisini kullanarak radyal hızları ölçüyoruz” diye açıklıyor. “Bu, polisin hızınızı ölçmek için kullandığı etkiyle aynıdır ve ayrıca bir ambulans size yaklaştığında veya sizden uzaklaştığında tondaki değişiklikten bildiğiniz etkidir.”
VELOCE gözlemleri, Cepheid yıldızlarının genişlemesini ve daralmasını benzeri görülmemiş bir hassasiyetle izler. Solda: titreşimler nedeniyle dalga boyunda değiştikçe Cepheid arketipi Delta Cephei’nin gözlenen spektrumları. Sağda: VELOCE tarafından ölçülen radyal hız eğrisi, yıldızın değişken boyutu yıldız şeklindeki semboller kullanılarak (ölçekli değil) gösterilmiştir. Kaynak: RI Anderson (EPFL)
Cepheidlerin Garip Dansı
VELOCE projesi Cepheid yıldızları hakkında birçok büyüleyici ayrıntıyı ortaya çıkardı. Örneğin, VELOCE verileri, yıldızların titreşimlerindeki bir desen olan Hertzsprung ilerlemesine dair şimdiye kadarki en ayrıntılı bakışı sunuyor ve daha önce bilinmeyen çift tepeli çıkıntıları gösteriyor ve titreşimli yıldızların teorik modelleriyle karşılaştırıldığında Cepheidlerin yapısını daha iyi anlamak için ipuçları sağlayacak.
Ekip, birkaç 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, Cepheid’lerin öngörülebilir bir ritimle titreşmesini beklerken, VELOCE verileri bu hareketlerde ek, beklenmedik varyasyonlar ortaya koyuyor.
Bu varyasyonlar, geleneksel olarak Cepheidleri tanımlamak için kullanılan teorik titreşim modelleriyle tutarlı değildir. Anderson’ın doktora sonrası araştırmacısı Henryka Netzel, “Bu, bu yıldızlar içinde, yıldızın farklı katmanları arasındaki etkileşimler veya Cepheid yıldızlarının yapısını asteroseismoloji ile belirleme fırsatı sunabilecek ek (radyal olmayan) titreşim sinyalleri gibi daha karmaşık süreçlerin gerçekleştiğini gösteriyor” diyor. VELOCE’ye dayalı bu tür sinyallerin ilk tespitleri, bir eşlik eden makalede (Netzel ve diğerleri basımda) bildirilmiştir.
İkili Sistemler
Çalışma ayrıca ikili sistemlerin (birbirinin etrafında dönen iki yıldız) parçası olan 77 Cepheid yıldızı tanımladı ve 14 aday daha buldu. Anderson’ın eski doktora sonrası öğrencisi Shreeya Shetye tarafından yönetilen bir yardımcı makale, bu sistemleri ayrıntılı olarak açıklayarak bu yıldızların nasıl evrimleştiği ve birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğine dair anlayışımıza katkıda bulunuyor. Shetye, “Üç Cepheid’den yaklaşık birinin, varlığını Doppler etkisiyle belirleyebileceğimiz görünmeyen bir yoldaşı olduğunu görüyoruz” diyor.
“Cefeidlerin doğasını ve fiziğini anlamak önemlidir çünkü bize yıldızların genel olarak nasıl evrimleştiğini anlatırlar ve mesafeleri ve Evrenin genişleme hızını belirlemek için onlara güveniriz,” diyor Anderson. “Ek olarak, VELOCE, sonunda Cepheid radyal hız ölçümlerinin en büyük araştırmasını gerçekleştirecek olan ESA Gaia görevinden benzer ancak daha az hassas ölçümler için mevcut en iyi çapraz kontrolleri sağlar.”
Referans: “VELOcities of CEpheids (VELOCE) – I. High-precision radyal velocities of Cepheids” Richard I. Anderson, Giordano Viviani, Shreeya S. Shetye, Nami Mowlavi, Laurent Eyer, Lovro Palaversa, Berry Holl, Sergi Blanco-Cuaresma, Kateryna Kravchenko, Michał Pawlak, Mauricio Cruz Reyes, Saniya Khan, Henryka E. Netzel, Lisa Löbling, Péter I. Pápics, Andreas Postel, Maroussia Roelens, Zoi T. Spetsieri, Anne Thoul, Jiří Žák, Vivien Bonvin, David V. Martin, Martin Millon, Sophie Saesen, Aurélien Wyttenbach, Pedro Figueira, Maxime Marmier, Saskia Prins, Gert Raskin ve Hans van Winckel, 14 Haziran 2024, Astronomi ve Astrofizik.
DOI: 10.1051/0004-6361/202348400
Diğer Katkıda Bulunanlar
- Ruder Bošković Enstitüsü
- Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi
- Lozan Üniversitesi Hastanesi (CHUV)
- Lozan Üniversitesi (UNIL)
- Max Planck Uzay Fiziği Enstitüsü
- Lund Üniversitesi
- Eberhard Karls Üniversitesi
- Liège Üniversitesi
- Avrupa Güney Gözlemevi
- Tufts Üniversitesi
- Stanford Üniversitesi
- Porto Üniversitesi