A klasszikus cefeidák olyan pulzáló változócsillagok, amelyek periodikusan felfénylenek, majd elhalványulnak. A cefeidák pulzációs periódusa összefügg az abszolút fényességükkel, és ezért a kozmikus távolságmérés kiemelkedő jelentőségű „standard gyertyájaként” szolgálnak.

Fontosságuk ellenére a cefeidák tanulmányozása kihívásokat rejt magában: a pulzáció és az esetlegesen jelenlévő társcsillaggal történő kölcsönhatás komplex mintázatait nehéz pontosan kimérni. A hosszú évek során különböző műszerekkel és módszerekkel gyűjtött adatok nincsenek összhangban egymással, ez pedig tovább árnyalja megértésünket ezzel a csillagtípussal kapcsolatban.

„A cefeidák pulzációja során bekövetkező radiálissebesség-változás vizsgálata betekintést enged ezeknek a csillagoknak a szerkezetébe és fejlődésébe.” – mondta Richard I. Anderson asztrofizikus. – „Ez a sebesség megmutatja, hogy a csillag milyen ütemben tágul ki, illetve húzódik össze a pulzáció hatására, és így precíz kimérése elengedhetetlen ahhoz, hogy pontosan meghatározzuk ezeknek az objektumoknak a fényességváltozását. A radiális sebesség kimérése már csak földi korlátaink miatt sem olyan egyszerű, hiszen nagyon kevés műszer képes arra, hogy megfelelően megmérje ezt a finom változást.”

Az RS Puppis, az egyik legfényesebb cefeida változócsillag, amelynek pulzációs periódusa 6 hét. A Hubble űrtávcsővel készített kép forrása: NASA, ESA, Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-Hubble/Europe Collaboration. Az RS Puppis azért is különleges a cefeidák között, mert a kép közepén levő csillag porburokba van ágyazódva, és a csillag fényességének változása megjelenik a sűrűbb porcsomókon is: az azokról reflektált csillagfény erőssége cefeida pulzációs periódusával megegyező ütemben változik a megfelelő fáziskéséssel. Ez lehetőséget ad az RS Puppis távolságának igen pontos meghatározására.

A VELOCE-projekt

Anderson most egy olyan kutatócsoportot vezet, amely a VELOcities of CEpheids (VELOCE) nevű projekt keretein belül 2010-től 2022-ig, 12 év alatt több mint 18000 nagyon pontos, a legkorszerűbb spektrográfokkal készített mérést gyűjtött össze 258 cefeida radiális sebességéről. Büszkén jelenthetjük ki, hogy a csoportnak tagja Henryka Netzel, a Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet egykori munkatársa, illetve Szabados László, az intézet professzor emeritusa is. Kutatásuk eredményét az Astronomy & Astrophysics folyóiratban publikálták.

„Ez az adathalmaz a különböző időben és különböző műszerekkel készített cefeidamérések sarokkövéül szolgál majd, és remélhetőleg további kutatásra ösztönzi a tudományos közösséget.” – tette hozzá a csoportvezető.

A VELOCE projekt több intézet, az EPFL, a Genfi Egyetem, és a Leuveni Katolikus Egyetem együttműködésének gyümölcseként alakult ki, méréseik pedig legfőképp a svájciak által üzemeltetett chilei Euler- és a La Palmán található flamand Mercator-távcsövekkel készültek.

Pontos mérésekkel rántják le a leplet a cefeidák rejtélyeiről

A minden eddiginél pontosabb, és hosszú időn keresztül készített sebességmérések új ablakot nyitottak a cefeidák pulzációjának megismerésében. A csillagpulzáció során a mérhető radiális sebesség körülbelül 70 km/s-os sebességgel változik. Ezeket a sebességváltozásokat a legmodernebb műszerek 37 m/s-os pontossággal, sőt némely esetekben 2 m/s-os pontossággal tudják mérni, amely utóbbi megfelel egy gyorsan sétáló ember sebességének!

A VELOCE-projekten dolgozó kutatók két nagy felbontású spektrográfot használták a mérések elvégzéséhez, mégpedig az északi féltekén található HERMES és a déli féltekén lévő CORALIE műszert. Ezeket a műszereket a csillagászat egyéb területein is használják, előbbit a csillagok, utóbbit pedig az exobolygók vizsgálatához. Ezzel a két műszerrel lehetséges tehát a cefeidák sugárirányú mozgásainak kifinomult kimérése, a lehető legnagyobb pontosság eléréséhez pedig a kutatók újszerű technikákat alkalmaztak, illetve korrigálták méréseiket a műszermozgásra és a légköri turbulenciák képtorzító hatásaira is.

A cefeidák furcsa tánca

A VELOCE-projekt során fény derült néhány megdöbbentő tényre a cefeidákkal kapcsolatban, például felfedezték egy eddig sosem látott, dupla csúcsú pulzációs mintázat létezését, amelynek vizsgálata mélyebb betekintést engedhet ezen csillagok belső szerkezetébe.

Ezenkívül a kutatók megmutatták, hogy a cefeidák bonyolult, modulált mozgásokat produkálnak, ami tehát azt jelenti, hogy a mért sebességváltozás nem magyarázható meg az eddig ismert, egyszerű pulzációs mintázatokkal. Más szavakkal tehát a cefeidákról eddig úgy gondoltuk, hogy egy meghatározott és jól előrejelezhető mintázat alapján végzik pulzációs mozgásukat, a VELOCE adatai azonban rámutattak, hogy ezeken kívül egyéb, váratlan változások is fellépnek ezekben a mozgásokban.

Ez pedig nincs összhangban az eddig használt elméleti modellekkel. Ez megmutatja, hogy a cefeidák belsejében eddig nem feltételezett, rendkívül bonyolult folyamatok zajlanak, például a csillag rétegei közötti kölcsönhatások vagy egyéb nem sugárirányú mozgások, amelyek talán lehetőséget adhatnak arra, hogy meghatározzuk ezeknek a csillagoknak a belső szerkezetét az asztroszeizmológia módszerének segítségével. A VELOCE-projekt első ilyen mérései szintén egy szaklapban fognak majd megjelenni (Netzel és mtsai., elbírálás alatt).

A VELOCE-projekt mérései példátlan pontossággal képesek kimutatni a cefeidák tágulásával, illetve összehúzódásával járó mozgások okozta radiálissebesség-változásokat. Baloldalt: a Delta Cephei nevű csillag mért színképének időbeli változása egy pulzációs periódus alatt. Jobboldalt: a VELOCE radiálissebesség-mérései. A csillag méretének változását a csillag alakú szimbólumok szemléltetik. (Forrás: R.I. Anderson (EPFL).)

Kettős rendszerek

A kutatás során sikerült 77 olyan cefeidát azonosítani, amelyek egy kettős csillagrendszer tagjaként fejlődtek. Az ezekről készült tanulmányt Anderson régebbi hallgatója, Shreeya Shetye tette közzé egy másik tanulmányban.

„Minden harmadik cefeidának van egy láthatatlan társcsillaga, amelynek jelenlétére a csillag mozgásának Doppler-eltolódásából következtethetünk.” – nyilatkozta Shetye. – „A cefeidák természetének és fizikájának megértése fontos a csillagok általános működésének megértése miatt is, meg természetesen azért, mert segítségükkel pontosan mérhetünk távolságot. A VELOCE-projekt mérései független ellenőrzésül szolgálnak a korábbi kevésbé pontos méréseknek, amelyeket az ESA Gaia-űrobszervatóriuma készített, és így elmondható, hogy ez a jelenlegi legnagyobb és legpontosabb felmérés a cefeidákkal kapcsolatban.”

Forrás: https://phys.org/news/2024-06-high-precision-cepheids.html