משואות פועם: מדידות מהפכניות מגדירים מחדש את כוכבי הקפאיד

תובנות חדשות מפרויקט VELOCE על כוכבי קפאיד כוללות דפוסי פעימה מפורטים ודינמיקה של מערכת בינארית, הנגזרת ממדידות מהירות רדיאליות נרחבות.

"קפאידים קלאסיים" הם סוג של כוכב פועם שמתבהר ומתעמעם באופן קצבי לאורך זמן. פעימות אלה עוזרות לאסטרונומים למדוד מרחקים עצומים על פני החלל, מה שהופך את הקפאידים ל"נרות סטנדרטיים" חיוניים שעוזרים לנו להבין את גודלו וקנה המידה של היקום שלנו.

למרות חשיבותם, לימוד קפאידים הוא מאתגר. הפעימות והאינטראקציות הפוטנציאליות שלהם עם כוכבים נלווים יוצרים דפוסים מורכבים שקשה למדוד במדויק. מכשירים ושיטות שונים ששימשו במשך השנים הובילו לנתונים לא עקביים, מה שסיבך את ההבנה שלנו לגבי הכוכבים הללו.

"התחקות אחר פעימות קפאיד באמצעות מהירות בהבחנה גבוהה נותן לנו תובנות לגבי המבנה של הכוכבים הללו וכיצד הם מתפתחים", אומר ריצ'רד א. אנדרסון, אסטרופיזיקאי ב-EPFL. "במיוחד, מדידות של המהירות שבה הכוכבים מתרחבים ומתכווצים לאורך קו הראייה – מה שנקרא מהירויות רדיאליות – מספקות מקבילה מכרעת למדידות בהירות מדויקות מהחלל. עם זאת, היה צורך דחוף במהירויות רדיאליות איכותיות מכיוון שהן יקרות לאיסוף ובגלל שמעט מכשירים מסוגלים לאסוף אותן”.

פרויקט VELOCE

אנדרסון הוביל כעת צוות של מדענים לעשות בדיוק את זה עם פרויקט VELOcities of CEpheid (VELOCE), שיתוף פעולה גדול שבמשך 12 שנים, אסף יותר מ-18,000 מדידות ברמת דיוק גבוהה של 258 מהירויות רדיאליות של קפאיד באמצעות ספקטרוגרפים מתקדמים בין 2010 ו-2022. "מערך נתונים זה ישמש כעוגן לקשר בין תצפיות קפאיד מטלסקופים שונים לאורך זמן ובתקווה לעורר מחקר נוסף על ידי הקהילה."

VELOCE הוא פרי שיתוף פעולה בין EPFL, אוניברסיטת ז'נבה ו-KU Leuven. הוא מבוסס על תצפיות מטלסקופ אוילר השוויצרי בצ'ילה וטלסקופ מרקטור הפלמי בלה פלמה. אנדרסון החל את פרויקט VELOCE במהלך הדוקטורט שלו באוניברסיטת ז'נבה, המשיך אותו כפוסט דוקטורט בארה"ב ובגרמניה, וכעת השלים אותו ב-EPFL. תלמיד הדוקטורט של אנדרסון, ג'ורדנו ויויאני, סייע לאפשר את שחרור הנתונים של VELOCE.

"הבנת הטבע והפיזיקה של קפאידים חשובה כי הם מספרים לנו על איך כוכבים מתפתחים באופן כללי, ומשום שאנו מסתמכים עליהם לקביעת מרחקים וקצב ההתפשטות של היקום."

— ריצ'רד א. אנדרסון (EPFL)

פתירת תעלומות קפאיד בדיוק חדשני

"הדיוק הנפלא והיציבות ארוכת הטווח של המדידות אפשרו תובנות חדשות מעניינות לגבי האופן שבו קפאידים פועמים", אומר ויויאני. "הפעימות מובילות לשינויים במהירות קו הראייה של עד 70 קמ"ש, או כ-250,000 קמ"ש. מדדנו את הווריאציות הללו בדיוק אופייני של 130 קמ"ש (37 מ"ש), ובמקרים מסוימים גם עד 7 קמ"ש (2 מ"ש), שהיא בערך המהירות של אדם שהולך מהר. ”

כדי לקבל מדידות מדויקות שכאלה, השתמשו חוקרי VELOCE בשני ספקטרוגרפים ברזולוציה גבוהה, המפרידים ומודד אורכי גל בקרינה אלקטרומגנטית: HERMES בחצי הכדור הצפוני ו-CORALIE בחצי הכדור הדרומי. מחוץ ל-VELOCE, CORALIE מפורסמת במציאת כוכבי לכת חיצוניים ו-HERMES הוא סוס עבודה של אסטרופיזיקה כוכבית.

שני הספקטרוגרפים זיהו שינויים זעירים באור הקפאידים, מה שמצביע על תנועותיהם. החוקרים השתמשו בטכניקות מתקדמות כדי להבטיח שהמדידות שלהם היו יציבות ומדויקות, תוך תיקון לכל סחיפה אינסטרומנטלית ושינויים אטמוספריים. "אנחנו מודדים מהירויות רדיאליות באמצעות אפקט דופלר", מסביר אנדרסון. "זה אותו אפקט שהמשטרה משתמשת בו כדי למדוד את המהירות שלך, וגם ההשפעה שאתה מכיר משינוי הטון כשאמבולנס מתקרב או נסוג ממך".

הריקוד המוזר של קפאידים

פרויקט VELOCE חשף כמה פרטים מרתקים על כוכבי קפאיד. לדוגמה, נתוני VELOCE מספקים את ההסתכלות המפורטת ביותר עד כה על התקדמות ה-Hertzsprung – דפוס בפעימות הכוכבים – המציגות בליטות עם פסגות כפולות שלא היו ידועות קודם לכן ויספקו רמזים להבנה טובה יותר של המבנה של קפאידים בהשוואה למודלים תיאורטיים. של כוכבים פועמים.

הצוות מצא שכמה קפאידים מפגינים שונות מורכבת ומווסתת בתנועותיהם. משמעות הדבר היא שהמהירויות הרדיאליות של הכוכבים משתנות בדרכים שאינן ניתנות להסבר על ידי דפוסי פעימה פשוטים וקבועים. במילים אחרות, בעוד שהיינו מצפים שהקפאידים יפעמו בקצב צפוי, נתוני VELOCE חושפים שינויים נוספים ובלתי צפויים בתנועות אלו.

וריאציות אלו אינן עולות בקנה אחד עם מודלים תיאורטיים של פעימה המשמשים באופן מסורתי לתיאור קפאידים. "זה מצביע על כך שיש תהליכים מורכבים יותר המתרחשים בתוך כוכבים אלה, כגון אינטראקציות בין שכבות שונות של הכוכב, או אותות פעימה נוספים (לא רדיאליים) שעשויים להוות הזדמנות לקבוע את המבנה של כוכבי קפאיד על ידי אסטרוזיזם", אומר הפוסט דוקטורט של אנדרסון, הנריקה נצל. גילויים ראשונים של אותות כאלה המבוססים על VELOCE מדווחים במאמר נלווה (Netzel וחב' בעיתונות).

מערכות בינאריות

המחקר זיהה גם 77 כוכבי קפאיד שהם חלק ממערכות בינאריות (שני כוכבים המקיפים זה את זה) ומצא 14 מועמדים נוספים. מאמר נלווה בהובלת הפוסט-דוקטורט לשעבר של אנדרסון, Shreeya Shetye, מתאר את המערכות הללו בפירוט, ומוסיף להבנתנו כיצד הכוכבים הללו מתפתחים ומתקשרים זה עם זה. "אנו רואים שבערך לאחד מכל שלושה קפאידים יש בן לוויה בלתי נראה שאנו יכולים לקבוע את נוכחותו לפי אפקט הדופלר", אומר שי.

"הבנת הטבע והפיזיקה של קפאידים חשובה כי הם מספרים לנו על איך כוכבים מתפתחים באופן כללי, ומכיוון שאנו מסתמכים עליהם לקביעת מרחקים וקצב ההתפשטות של היקום", אומר אנדרסון. "בנוסף, VELOCE מספקת את בדיקות ההצלבה הטובות ביותר הזמינות למדידות דומות, אך פחות מדויקות, ממשימת ESA Gaia, שתערוך בסופו של דבר את הסקר הגדול ביותר של מדידות מהירות רדיאלית של קפאיד."

תורמים אחרים

• מכון רודר בוסקוביץ'
• מרכז הרווארד-סמית'סוניאן לאסטרופיזיקה
• בית החולים האוניברסיטאי של לוזאן (CHUV)
• אוניברסיטת לוזאן (UNIL)
• מכון מקס פלנק לפיזיקה מחוץ לכדור הארץ
• אוניברסיטת לונד
• אוניברסיטת אברהרד קארלס
• אוניברסיטת ליאז'
• מצפה הכוכבים הדרום אירופאי
• אוניברסיטת טאפטס
• אוניברסיטת סטנפורד
• אוניברסיטת פורטו