Kepler odkrywa zmienność Siedmiu Sióstr

Zdjęcie gromady otwartej Plejady wykonane przez teleskop Kepler w trakcie Kampanii 4 misji K2.

Siedem Sióstr znanych przez starożytnych greków to znana współczesnym astronomom gromada otwarta o nazwie Plejady – to zbiór gwiazd widoczny gołym okiem i badany już od tysięcy lat przez kultury całego świata. Teraz dr Tim White z Centrum Astrofizyki Gwiazd na Uniwersytecie w Aarhus oraz jego zespół duńskich i międzynarodowych astronomów zademonstrował nową, niezwykle silną technikę obserwowania tego typu gwiazd, które zazwyczaj są o wiele za jasne do obserwowania przez wysokiej klasy teleskopy. Wyniki ich badań zostały opublikowane w najnowszym wydaniu periodyku Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Wykorzystując nowy algorytm poprawy obserwacji z Kosmicznego Teleskopu Kepler w ramach misji K2 zespół wykonał jak dotąd najbardziej szczegółowe badania zmienności tych gwiazd. Satelity takie jak Kepler zaprojektowane są do poszukiwania planet krążących wokół odległych gwiazd metodą poszukiwania spadków ich jasności wskutek tranzytu potencjalnych planet na tle tarczy gwiazd oraz do badań z zakresu asterosejsmologii – badania struktury i ewolucji gwiazd uwidocznionych w zmianach ich jasności.

Ponieważ Kepler został zaprojektowany do jednoczesnego obserwowania tysięcy słabych gwiazd, niektóre najjaśniejsze gwiazdy są w rzeczywistości za jasne do obserwowania. Promień światła z jasnej gwiazdy skierowany na detektor kamery spowoduje wysycenie centralnych pikseli obrazu gwiazdy, co prowadzi do znaczącej utraty precyzji pomiaru całkowitej jasności gwiazdy. To ten sam proces, który powoduje utratę zakresu dynamicznego w zwykłych aparatach cyfrowych, które nie są w stanie na jednym zdjęciu zarejestrować jednocześnie bardzo jasnych i bardzo ciemnych obiektów.

„Rozwiązanie pozwalające na obserwowanie jasnych gwiazd za pomocą Keplera okazało się stosunkowo proste”, mówi główny autor opracowania dr Tim White. „W dużej mierze interesują nas względne, a nie absolutne, zmiany jasności. Możemy zmierzyć zmiany z pobliskich, niewysyconych pikseli, ignorując całkowicie obszary wysycone”.

Jednak zmiany ruchu satelity i niewielkie niedoskonałości detektora mogą wciąż skrywać przed ami sygnał zmienności gwiazdy. Aby ominąć ten problem, autorzy opracowali nową technikę szacowania wkładu każdego piksela znajdując w ten sposób właściwą równowagę pozwalającą na odjęcie efektów instrumentalnych. Nową metodę nazwano fotometrią halo – ten prosty i szybki algorytm autorzy udostępnili jako darmowe oprogramowanie open-source.

Unikalne fluktuacje jasności każdej z gwiazd odsłaniają przed nami właściwości fizyczne takie jak rozmiar i tempo rotacji gwizdy. Większość jasnych gwiazd w Plejadach to wolno pulsujące gwiazdy typu B, jednak Maia jest inna – wykazuje dowody na obecność dużej plamy chemicznej przechodzącej na powierzchni gwiazdy co 10 dni. Źródło: Uniwersytet w Aarhus / T. White

Większość z siedmiu gwiazd okazało się wolno pulsującymi gwiazdami B – to klasa gwiazd zmiennych, w których jasność gwiazdy zmienia się z okresem liczonym w dniach. Częstotliwość pulsacji jest kluczowa do badania niektórych słabo zrozumianych procesów zachodzących w jądrach takich gwiazd.

Siódma gwiazda gromady – Maia – jest inna: okres jej zmienności to 10 dni. Wcześniejsze badania wskazywały, że Maia należy do klasy gwiazd z nietypowymi koncentracjami na powierzchni niektórych pierwiastków chemicznych takich jak na przykład mangan. Aby sprawdzić tę teorię przeprowadzono serię spektroskopowych obserwacji za pomocą teleskopu Hertzsprung SONG.

„Zauważyliśmy, że zmiany jasności obserwowane za pomocą Keplera zgrywają się ze zmianami intensywności absorpcji linii manganu w atmosferze tej gwiazdy”, mówi dr Victoria Antoci, współautorka artykułu i profesor w Centrum Astrofizyki Gwiazd na Uniwersytecie w Aarhus. i”Doszliśmy do wniosku, że zmienność tej gwiazdy spowodowana jest istnieniem dużej, chemicznej plamy na powierzchni gwiazdy, która pojawia się i znika z naszego pola widzenia wraz z 10-dniowym okresem rotacji gwiazdy”.

„Sześćdziesiąt lat temu astronomowie twierdzili, że obserwują zmienność Mai z okresem kilku godzin. Stwierdzono nawet, że to pierwsza z całej nowej klasy gwiazd, którą nazwali ‚zmiennymi typu Maia'”, mówi White, „jednak nasze nowe obserwacje wskazują, że Maia nie należy do zmiennych typu Maia”.

W ramach przeprowadzonych badań nie zaobserwowano żadnych tranzytów egzoplanet, jednak autorzy wykazali, że opracowany przez nich algorytm może osiągnąć precyzję niezbędną aby Kepler i przyszłe teleskopy kosmiczne takie jak TESS mogły wykrywać planety tranzytujące na tle tarczy tak jasnych gwiazd jak chociażby Alfa Centauri.

Źródło: RAS