Úvodní strana  >  Články  >  Hvězdy  >  Výzkumy v ASU AV ČR (232): Periodicky proměnné hvězdy středních hmotností dlouhodobě pozorované družicí TESS

Výzkumy v ASU AV ČR (232): Periodicky proměnné hvězdy středních hmotností dlouhodobě pozorované družicí TESS

Hertzsprungův-Russelův diagram pulsujících hvězd (vlevo) a rotačně modulovaných proměnných (vpravo) ze studie Marka Skarky a kolektivu. Různými barvami jsou označeny různé typy klasifikované ve studii. Čárkovaná čára označuje pozici hlavní posloupnosti nulového věku, čerchovanými liniemi jsou pak naznačeny vývojové stopy hvězd vybraných hmotností. Červené a modré čáry svírají pás pulsační nestability, šedý sektor pak oblast nestability typu γ Doradus. Je docela dobře patrné, že pulsační proměnné skutečně převažují v pásu nestability zatímco rotačně modulované hvězdy jsou typické spíše pro chladnější spektrální typy, u nichž se očekává výskyt konvekcí generovaných magnetických polí a skvrn slunečního typu.
Autor: Marek Skarka

Dlouhodobě pracující fotometrické družicové experimenty, jako byly družice CoRoT, Kepler, nyní TESS a budoucí PLATO, poskytují velmi bohatý materiál pro studium proměnnosti nejrůznějších typů hvězd. Marek Skarka z ASU se společně s kolegy z českých i zahraničních institucí věnoval fotometrické klasifikaci hvězd středních hmotností spektrálních typů A až F. 

V Hertzsprungově-Russellově (H-R) diagramu lze identifikovat několik oblastí fyzicky proměnných hvězd, tedy hvězd, které se jako tělesa skutečně mění. Důvody jejich proměnnosti mohou být různé, mezi ty časté patří například nejrůznější typy pulsací nebo výskyt povrchových struktur, např. skvrn, které jsou příčinou proměnnosti, pokud hvězda rotuje kolem své osy. Fyzickou proměnnost lze velmi výhodně zjišťovat a studovat prostřednictvím změn jasnosti těchto hvězd. Obzvláště bohatým zdrojem informací jsou dlouhodobě fungující vysokokadenční přehlídky, mezi nimiž v poslední době kralují zejména družicové experimenty. 

Pro přístroje jako je CoRoT, Kepler nebo TESS, které měly za cíl dlouhodobě monitorovat světelné změny vybraného vzorku hvězd, bylo primárním úkolem pátrání po extrasolárních planetách tranzitní metodou. V druhé řadě jsou ale stejná měření doslova svatým grálem pro studium proměnnosti těchto hvězd, jejich oscilací a také třeba jejich erupční aktivity. Oblast H-R diagramu, v níž najdeme hvězdy spektrálních typů A až F, tedy s povrchovými teplotami mezi 6 000 a 10 000 K, je obzvláště zajímavá. Je totiž jakousi přechodovou zónou mezi hvězdami rotujícími rychle a pomalu a současně mezi výskytem komplexních magnetických polí generovaných konvekcí a stabilními fosilními poli, které byly hvězdám dány do vínku už při jejich vzniku. 

U hvězd v této spektrální oblasti pozorujeme hned několik typů proměnnosti. Mezi ty nejvýznamnější skupiny patří pulzace typu γ Doradus s pulsačními periodami v délkách hodin až dnů, u nichž je důvodem k pulsacím nestabilita konvekce na dně konvektivní zóny. Najdeme zde také pulsace typu δ Scuti, které jsou vyvolány záklopkovým mechanismem v ionizační zóně jednou ionizovaného hélia. Tyto pulsace mají typicky periody s délkou několika hodin. Podobnými hvězdami, pouze ze starší populace II, jsou hvězdy typu SX Phoenicis a zvukové oscilace jsou pozorovány i u chemicky pekuliárních hvězd se silnými dipólovými magnetickými poli. 

Klasifikace proměnnosti je obvykle prováděna na základě podobných charakteristik světelné křivky (vývoje jasnosti v čase) a podobností ve spektru frekvencí. Většina proběhlých klasifikačních počinů byla prováděna semiautomaticky s vizuální kontrolou, v době bohatých výstupů z přehlídkových projektů se ovšem dostávají ke slovu automatizované algoritmy strojového učení. Bohatý pozorovací materiál pak představuje solidní základ pro hledání správné fyzikální interpretace pozorovaných světelných změn. 

Marek Skarka ze Stelárního oddělení ASU byl v čele rozsáhlého týmu astronomů, který studoval proměnnost hvězd spektrálních typů A-F nalézajících se v oblasti oblohy, která je dlouhodobě pokryta pozorováními družice TESS. TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) je misí NASA vypuštěnou v roce 2018, jejímž cílem je, jak jinak, především hledání extrasolárních planet. Družice skenuje oblohu v tzv. sektorech, který je pod kontinuálním dohledem vždy 27 dní. Poté pozorování přechází do dalšího sektoru atd., až je cca po roce dokončen tzv. cyklus a pozorování sektorů se opakují. Díky této strategii jsou ovšem oblasti ekliptikálních pólů „pod dohledem“ neustále. M. Skarka se svými kolegy se soustředil právě na tuto oblast. 

V okolí severního ekliptikálního pólu bylo v archívu pozorování identifikováno celkově 67 093 hvězd, ovšem jen 5923 z nich prošlo autory stanovenými kvalitativními kritérii. Pro některé vybrané hvězdy se podařilo získat také spektroskopická pozorování pozemními přístroji, a to jak v zahraničí, tak Perkovým dvoumetrovým dalekohledem ASU v Ondřejově. Autoři pak s pomocí semiautomatických metod u hvězd identifikovali typ proměnnosti a sestavili tak bohatě zastoupený katalog. Klasifikace byla založena na vzhledu fázových světelných křivek a výskytu frekvencí ve frekvenčním spektru. Kromě pulsačních typů zmíněných dříve autoři identifikovali také proměnnost související s oběhem v dvojhvězdě, a to jak zákrytové dvojhvězdy, tak tzv. elipsoidální proměnné, které souvisejí s protaženým tvarem hvězd v těsné dvojhvězdě. Autoři identifikovali celkově 11 typů. 

Bylo by krásné, kdyby postupy fungovaly tak, jak si je odborníci představují. V reálném životě jsou ovšem pozorování zatížena nejrůznějšími odchylkami ať už fyzikálního nebo instrumentálního původu, které identifikaci často velmi znesnadňují. V rozsáhlé diskusi se autoři těmto efektům velmi zevrubně věnují, aby ukázali, s jakými potížemi se potýkali a jaké tedy musí neodmyslitelně potkat i jejich následovníky. Poukažme jen na dva z problémů ze zmíněných v článku. Jen na základě světelné křivky nelze jednoznačně rozhodnout, zda daná hvězda je rotačně proměnnou nebo zda jsou světelné změny způsobeny elipsoidální proměnností v dvojhvězdném systému. K jednoznačnému rozlišení je zapotřebí s pomocí spektroskopických pozorování získat křivku radiálních rychlostí. Podobně je obtížné jen na základě fotometrických pozorování jednoznačně rozhodnout, zda je proměnnost vyvolána rotací nebo pulsacemi. Opět, spektroskopická pozorování jsou klíčem k rozlousknutí problému. 

Celkově tedy autoři z 5923 hvězd vhodných k bližšímu průzkumu objevili změny jasnosti u 3025 z nich. Z nich pak byli schopni 1813 přímo klasifikovat. Nejvíce zastoupenými byly pulsační typy γ Doradus a δ Scuti. Celkově 34 hvězd ze vzorku byli autoři nuceni označit jako hvězdy s nejistou klasifikací. A nakonec 1212 hvězd bylo označeno jako proměnné bez další klasifikace, protože nepatřily k sledovaným typům. 

Autoři na závěr poznamenávají, že v rámci práce nabízejí vypracované klasifikační schéma včetně použité metodologie. Dodávají, že v rámci stelární komunity by mělo dojít ke sjednocení klasifikačních schémat, aby identifikace proměnnosti byla jednoznačná. Současný „šum“ totiž není výhodný pro navazující studie teoreticky zkoumající identifikovanou proměnnost. 

REFERENCE

M. Skarka, J. Žák a kol., Periodic variable A-F spectral type stars in the northern TESS continuous viewing zone, Astronomy & Astrophysics v tisku, preprint arXiv:2207.12922 

KONTAKT

Mgr. Marek Skarka, Ph.D.
marek.skarka@asu.cas.cz
Stelární oddělení Astronomického ústavu AV ČR

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Stelární oddělení ASU AV ČR

Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v. v. i.



O autorovi

Michal Švanda

Michal Švanda

Doc. Mgr. Michal Švanda, Ph. D., (*1980) pochází z městečka Ždírec nad Doubravou na Českomoravské vrchovině, avšak od studií přesídlil do Prahy a jejího okolí. Vystudoval astronomii a astrofyziku na MFF UK, kde poté dokončil též doktorské studium ve stejném oboru. Zabývá se sluneční fyzikou, zejména dynamickým děním ve sluneční atmosféře, podpovrchových vrstvách a helioseismologií a aktivitou jiných hvězd. Pracuje v Astronomickém ústavu Akademie věd ČR v Ondřejově a v Astronomickém ústavu Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy v Praze, kde se v roce 2016 habilitoval. V letech 2009-2011 působil v Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung v Katlenburg-Lindau v Německu. Astronomií, zprvu pozorovatelskou, posléze spíše „barovou“, za zabývá od svých deseti let. Slovem i písmem se pokouší o popularizaci oboru, je držitelem ceny Littera Astronomica. Před začátkem pracovní kariéry působil v organizačním týmu Letní astronomické expedice na hvězdárně v Úpici, z toho dva roky na pozici hlavního vedoucího. Kromě astronomie se zajímá o letadla, zejména ta s více než jedním motorem a řadou okýnek na každé straně. 

Štítky: Rotace hvězdy, Hvězdné pulsace, Astronomický ústav AV ČR


5. vesmírný týden 2023

5. vesmírný týden 2023

Přehled událostí na obloze a v kosmonautice od 30. 1. do 5. 2. 2023. Měsíc bude v úplňku. Velmi nízko na večerní obloze je výrazná planeta Venuše a o něco výše také jasný Jupiter. Nejvýše najdeme večer Mars, který je kolem 20. hodiny nad jihem. Kometa C/2022 E3 (ZTF) je pěkná při pohledu dalekohledem a na velmi tmavé obloze je slabě vidět pouhým okem. Aktivita Slunce se snížila, skvrn výrazně ubylo. SpaceX má za sebou v lednu již 6 startů a očekáváme ještě sedmý. USA si připomenou výročí 65 let startu první družice Explorer-1, ale také 20 let od tragické havárie raketoplánu Columbia.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Tromsø lights

Titul Česká astrofotografie měsíce za prosinec 2022 získal snímek „Tromsø lights“, jehož autorem je Jan Klíma     Kdo by neznal slavnou polární záři. Ať již ze snímků oblohy z dalekého severu či z ještě, alespoň pro nás ještě vzdálenějšího jihu, nebo třeba z divadelní hry

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

C/2022 E3 ZTF přes teleskop.

Další informace »