Fotometrie la stele variabile de tip Delta Scuti

Stelele variabile sunt stele care își modifică strălucirea din cauze interne cum ar fi pulsațiile și erupțiile sau din cauze externe cum ar fi prezența unor companioni-stele, discuri de gaz-care să le eclipseze. Toate stelele au fost cândva sau vor fi la un moment dat variable deoarece de-a lungul existenței lor se modifică echilibrul dintre forța gravitațională care tinde să le comprime și cea rezultată în urma reacțiilor nucleare care acționează spre exterior și care tinde să le dilate.

Din monitorizarea variabilității stelelor putem determina vârsta, dimensiunea, luminozitatea și distanța la care se află ele sau galaxiile din care fac parte. Observațiile la stelele variabile din grupa cefeidelor sau a celor cataclismice au fost și sunt astăzi un instrument major în cosmologie permițându-ne să cunoaștem distanțele până la galaxii și implicit dimensiunile, dinamica și vârsta Universului.

O clasă importantă de stele variabile intrinseci sunt stelele de tip Delta Scuti. Ele sunt stele evoluate care părăsesc secvența principală și se îndreaptă spre stadiul de stele gigante.

În acest stadiu de tranziție ele devin instabile și încep să pulseze modificându-și luminozitatea periodic la intervale cuprinse între 30 de minute și 8 ore. Mecanismul care determină pulsația stelelor Delta Scuti este legat de fracția dintre atomii de heliu simplu ionizați și cei dublu ionizați existenți într-o zonă-strat din interiorul acestor stele. Acest strat își modifică periodic transparența în funcție de presiune și temperatură. Când steaua se contractă, temperatura și presiunea cresc, atomii de heliu își pierd ambii electroni și devin dublu ionizați. În această stare ei sunt opaci și lasă să treacă prin ei puțină radiație fapt care duce la scăderea strălucirii stelei.

Concomitent, absorbția radiației face ca transmiterea energiei prin convecție către straturile externe să scadă iar steaua să se micșoreze. Cu cât steaua se contractă mai mult, cu atât temperatura și presiunea în interior cresc iar fuziunea din nucleu este mai intensă fapt care duce la producerea unei cantități mai mari de energie, la creșterea transferului convectiv și la împingerea către exterior a straturilor aflate deasupra acestei zone. În acest fel temperatura și presiunea vor începe să scadă iar atomii de heliu își vor recupera un electron revenind la starea simplu ionizată, transparentă. Pe măsură ce fracția atomilor simplu ionizați crește și energia acumulată în interior este eliberată, steaua va intra în expansiune și va deveni mai luminoasă.

După acest episod steaua se răcește, urmează o nouă rundă de contracție iar succesiunea de evenimente se repetă. 

O animație GIF realizată prin comprimarea a 4 ore de observații și în care se poate vedea pulsația stelei XX Cyg se află aici:

imgur.com/gfBf2Nu

În funcție de metalicitatea lor stelele Delta Scuti sunt împărțite în două grupe: stele SX Phe și stele HADS.

Stelele de tip SX Phoenicis sunt stele de populație II cu metalicitate scăzută, abundente în regiunile mai vechi ale galaxiei cum ar fi roiurile globulare și haloul galactic și care pulsează atât în mod radial cât și nonradial motiv pentru care se bucură de un mare interes în cercetările de astroseismologie.

Din această categorie de stele variabile face parte XX Cyg pe care am observat-o într-o jumătate de noapte timp de aproximativ 5 ore. Din analiza cadrelor am obținut o perioadă de 0.13 zile (3.23 ore) și o amplitudine de 0.88 magnitudini (V, Johnson-Cousins) care corespund întocmai cu valorile din literatura de specialitate. La maxim de strălucire XX Cyg a atins magnitudinea 11.17 iar la minim magnitudinea 12.06. Câmpul observat, stelele de comparație și rezultatele obținute se pot vedea în graficele următoare:

Stelele HADS (High Amplitude Delta Scuti Stars) sunt stele mai recent apărute în galaxie (de populație I), bogate în metale, care pulsează mai ales în mod radial și care au amplitudini cuprinse între 0.3 și 0.9 magnitudini. Din această grupă face parte steaua V2416 Cyg. Fiind în același câmp cu XX Cyg și cu 2 ordine de magnitudine mai puțin strălucitoare, la această stea nu am obținut suficient semnal iar erorile de măsurare au fost mai mari. Totuși de-a lungul a 3 ore de expunere am reușit să observăm 4 cicluri de variație din analiza cărora am găsit o perioadă de aproximativ 80 de minute ceea ce face ca această stea să aibe cel mai scurt ciclu de pulsație dintre toate stelele Delta Scuti studiate de noi până acum.

Stelele variabile de tip Delta Scuti sunt ținte ușor abordabile pentru observații deoarece sunt stele numeroase, destul de multe sunt circumpolare sau au declinații care le fac să urce mult pe cer și au perioada atât de scurtă încât chiar și în timpul verii se pot obține curbe de lumină cu 1-3 cicluri de variație într-o singură noapte. La observații este important să reținem că aceste stele trebuie urmărite la intrevale mici de timp motiv pentru care noi recomandăm o cadență de 1 cadru/1–5 minute și expuneri astfel încât steaua să nu se satureze în CCD.

Detalii tehnice:

Telescop- Skywatcher 130/650 PDS Explorer pe Heq 5;

Cameră- QHY 163, bin 1×1, -5°C;

Expunere- 146 de cadre x 120 secunde prin filtru V Johnson-Cousins timp de aproximativ 5 ore.

Software analiză fotometrică- AstroImageJ și Prism Advanced.

Sursa animatie GIF: https://giphy.com/gifs/animation-space-QP4taxvfVmVEI

Autor text, foto, grafice: Daniel Bertesteanu

_______________________________________