RS Корма, одна из самых ярких переменных цефеид, ритмично светлеет и затемняется в шестинедельном цикле. Изображение предоставлено: НАСА, ЕКА, Группа наследия Хаббла (STScI/AURA) – сотрудничество Хаббла и Европы. Hubblesite.org/contents/media/images/2013/51/3263-Image.html
«Классические цефеиды» — это тип пульсирующей звезды, которая со временем ритмично то ярче, то тускнеет. Эти пульсации помогают астрономам измерять огромные расстояния в космосе, что делает цефеиды важными «стандартными свечами», которые помогают нам понять размер и протяженность нашей Вселенной.
Несмотря на их важность, изучение цефеид является сложной задачей. Их пульсации и возможные взаимодействия со звездами-компаньонами создают сложные закономерности, которые трудно точно измерить. На протяжении многих лет использовались разные инструменты и методы, что приводило к противоречивым данным и усложняло наше понимание этих звезд.
«Отслеживание пульсаций цефеид с помощью велосиметрии высокого разрешения дает нам представление о структуре этих звезд и их эволюции», — говорит Ричард И. Андерсон, астрофизик из EPFL. «В частности, измерения скорости расширения и сжатия звезд вдоль луча зрения — так называемые лучевые скорости — являются важным дополнением к точным измерениям яркости из космоса. Однако существует острая потребность в высококачественных радиальных скоростях. скорости, потому что собирать их дорого и лишь немногие инструменты способны их обнаружить».
Проект VELOCE
Сейчас Андерсон возглавляет команду учёных, добившихся именно этого в рамках проекта VELOcities of CEpheids (VELOCE). Это крупное сотрудничество, в ходе которого с помощью сложных спектрографов было проведено более 18 000 высокоточных измерений лучевых скоростей 258 цефеид за 12 лет с 2010 по 2022 год. Результаты их исследования были опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysicals.
«Этот набор данных послужит якорем для связи наблюдений цефеид с разных телескопов с течением времени и, будем надеяться, будет стимулировать сообщество к дальнейшим исследованиям», — говорит Андерсон.
VELOCE является результатом сотрудничества EPFL, Женевского университета и Левенского университета. Он основан на наблюдениях швейцарского телескопа Эйлера в Чили и фламандского телескопа Меркатора в Ла-Пальме. Андерсон начал проект VELOCE во время своей докторской работы в Женевском университете, продолжил его в качестве постдока в США и Германии и теперь завершил его в EPFL. Аспирант Андерсона Джордано Вивиани сыграл важную роль в публикации данных VELOCE.
Расшифруйте тайны цефеид с максимальной точностью.
«Удивительная точность и долговременная стабильность измерений позволили по-новому взглянуть на пульсацию цефеид», — говорит Вивиани. «Пульсации приводят к изменению лучевой скорости до 70 км/с, или около 250 000 км/ч. Мы измеряли эти изменения с типичной точностью 130 км/ч (37 м/с), в некоторых случаях достигает 7 км/ч (2 м/с), что примерно соответствует скорости быстро идущего человека».
Чтобы получить такие точные измерения, исследователи VELOCE использовали два спектрографа высокого разрешения, которые разделяют и измеряют длины волн электромагнитного излучения: HERMES в северном полушарии и CORALIE в южном полушарии. Помимо VELOCE, CORALIE известна поиском экзопланет, а HERMES — рабочая лошадка звездной астрофизики.
Два спектрографа зафиксировали крошечные изменения в свете цефеид, указывающие на их движение. Исследователи использовали передовые методы, чтобы гарантировать стабильность и точность своих измерений, корректируя при этом любые инструментальные погрешности и атмосферные изменения.
«Мы измеряем лучевые скорости с помощью эффекта Доплера», — объясняет Андерсон. «Это тот же эффект, который полиция использует для измерения вашей скорости, а также эффект, который вы знаете по изменению звука, когда машина скорой помощи приближается или удаляется от вас».
Наблюдения VELOCE отслеживают расширение и сжатие звезд цефеид с беспрецедентной точностью. Слева: наблюдаемые спектры архетипа цефеид Дельта Цефеи при изменении длины волны из-за пульсаций. Справа: кривая лучевой скорости, измеренная с помощью VELOCE, с переменным размером звезды, показанным (не в масштабе) с использованием звездообразных символов. Фото предоставлено: Р.И. Андерсон (EPFL)
Странный танец цефеид
Проект VELOCE раскрыл несколько интересных подробностей о звездах-цефеидах. Например, данные VELOCE дают наиболее детальное представление о прогрессии Герцшпрунга — закономерности пульсаций звезд — и выявляют ранее неизвестные двухпиковые выступы, которые, по сравнению с теоретическими моделями пульсирующих звезд, дадут ключ к лучшему пониманию. Строение цефеид.
Команда обнаружила, что некоторые цефеиды демонстрируют сложную модулированную изменчивость в своих движениях. Это означает, что лучевые скорости звезд изменяются способами, которые нельзя объяснить простыми, регулярными моделями пульсаций. Другими словами, хотя мы и ожидали, что цефеиды будут пульсировать в предсказуемом ритме, данные VELOCE показывают дополнительные, неожиданные вариации в этих движениях.
Эти вариации несовместимы с теоретическими моделями пульсаций, традиционно используемыми для описания цефеид. «Это говорит о том, что в этих звездах происходят более сложные процессы, такие как взаимодействие между разными слоями звезды или дополнительные (нерадиальные) сигналы пульсаций, которые могут дать возможность определить структуру звезд-цефеид посредством астеросейсмологии», — говорит Андерсон. постдок Генрика Нетцель. Первые свидетельства существования таких сигналов на основе VELOCE представлены в сопроводительной статье (Netzel et al., в печати).
Двоичные системы
Исследование также выявило 77 цефеид, которые являются частью двойных звездных систем (две звезды, вращающиеся вокруг друг друга), и нашли еще 14 кандидатов. Сопутствующая статья, написанная бывшим научным сотрудником Андерсона Шрией Шетье, подробно описывает эти системы и способствует нашему пониманию того, как эти звезды развиваются и взаимодействуют друг с другом.
«Мы видим, что примерно у каждой третьей цефеиды есть невидимый спутник, присутствие которого мы можем обнаружить с помощью эффекта Доплера», — говорит Шетье.
«Понимание природы и физики цефеид важно, потому что они рассказывают нам об общей эволюции звезд и потому что мы полагаемся на них при определении расстояний и скорости расширения Вселенной», — говорит Андерсон. «Кроме того, VELOCE обеспечивает наилучшие доступные перекрестные проверки для аналогичных, но менее точных измерений миссии ESA Gaia, которая в конечном итоге проведет крупнейшее исследование измерений лучевой скорости цефеид».
Информация от: Федеральной политехнической школой Лозанны.
