Omdat dubbele en meervoudige sterren belangrijk zijn (van wijde, onverstoorde systemen tot nauwe, interagerende dubbelsterren)

Omdat dubbele en meervoudige sterren belangrijk zijn (van wijde, onverstoorde systemen tot nauwe, interagerende dubbelsterren) Patricia Lampens Koninklijke Sterrenwacht van België

16-11-11

Studenten Fysica UGent

1

Inhoud Stervorming en -geboorte Waaier van waarnemingstechnieken Belang van dubbelsterren (D&M sterren) Gericht onderzoek: Waar? Wat? Hoe? Nieuwe inzichten vanuit de ruimte Toekomstperspectief

16-11-11


2

Van wijde, onverstoorde tot nauwe, interagerende D&M sterren Opname 3.6m-tel., ESO (Chili)

Mira AB (Chandra satell.)

16-11-11


3

Stervorming

Bron: The GigaGalaxy Zoom Project 16-11-11


4

Stervorming/-geboorte

Inéénstorting van moleculaire reuzewolk dat rond zijn as draait (densiteit ~10-20 g/cm3) Fragmentatie inkrimpende (deel)wolkjes met verschillende snelheden Schokgolf (supernovaexplosie, botsing met andere wolken, …) 1ste fase UV-straling van de eerste sterren veroorzaakt een nieuwe schokgolf 2e, 3e… fase van stervorming

16-11-11

Deelwolk met T=10 K, massa ~ 1 M en densiteit ~104-5 g/cm3


5

NGC 7822 16-11-11


6

Stervormingsgebieden M16

16-11-11

30 Dor (LMC)


7

Stervorming: simulatie

16-11-11


Bron: Clark, P. C. & Bonnell, I. A., 2004, MNRAS 347, 36

8

Verdelingen van dubbelsterren

Verdelingskurven: G-K-M sterren nabij de Zon: ~67% O-B (massieve) sterren: ~75% Losse associaties ≠ open sterrenhopen: ~90%

Periodes:

< 1 dag - 106 jaar

Halve grote assen:

16-11-11

< 1 - 104 AE Studenten Fysica UGent

9

Wat is een dubbelster?

Binair systeem = twee sterren bewegend in een baan rond een gemeenschappelijk zwaartepunt onder invloed van de wederzijdse zwaartekracht. Component A is de primaire of helderste ster en component B is de secondaire of meest lichtzwakke ster. Er bestaan verschillende soorten (afhankelijk van de gebruikte techniek). 16-11-11


10

Banen van dubbelsterren 1ste wet van Kepler: Elke baan heeft de vorm van een ellips o.a.

gekenmerkt door de volgende elementen: de halve grote as, a, de orbitale periode, P, en de excentriciteit, e. 3de wet van Kepler: Wanneer de baan (1) en de afstand (2) gekend

zijn, is de totale massa van het binair systeem bepaald door: M1+M2 (M☼) = (a³ . Afstand³) / P²

Waarnemingstechnieken Opsporen van veranderingen in:

(Relatieve) positie Astrometrie (al dan niet kunnen scheiden van componenten)

Snelheid Spectroscopie Intensiteit Fotometrie (tekort, vb. door bedekkingen, of teveel aan licht, vb. door ‘abnormale’ reflectie)

16-11-11


12

Waarnemingstechnieken

Verandering in (relatieve) positie → baan

→ periode

16-11-11


13

Spectroscopische dubbelsterren

Verandering in (radiële) snelheid → baan

→ periode

16-11-11


14

Fotometrische dubbelsterren

Verandering in fluxtot → lichtkurven → P Bedekkingsveranderlijken Vervormde (ellips.) dubbelsterren (getijden)

Auteur: J. Sorriaux 16-11-11


15

Belang van D&M sterren

Dubbelsterren zijn een belangrijke bron van fundamentele stellaire parameters die toelaten om modellen aan de gegevens te toetsen.

16-11-11


16

Belang van D&M sterren Fundamentele parameters P,

a, afstand → massatot (3e wet Kepler) P, K1, K2 → massaverhouding, grootte v/d omloopsbanen (tov. zwaartepunt) SB1

(a1.sini, f(M)) SB2 (a1.sini, a2.sini, M1.sini3, M2.sini3) P,

d, D, i, e, ω → inclinatie, (relatieve) grootte van beide sterren (tov. a)

16-11-11


17

Fundamentele parameters Van eclipsen tot sterstralen

De relatieve diameters D1 en D2 (in eenheden van de halve grote as, a) worden berekend aan de hand van de vier tijdstippen van contact aangeduid door t1…t4. Men heeft resp.:

D1 / 2.π.a = (t3-t1) + (t4-t2) / 2.P D2 / 2.π.a = (t2-t1) + (t4-t3) / 2.P 16-11-11


t1 t2

t3 t4 18

Fundamentele parameters Lichtkurven van eclipserende sterren Start

16-11-11

WX Cep


Star Light Pro: http://www.midnitekite.com/

19

Belang van D&M sterren Dubbelsterren zijn een belangrijke bron van fundamentele stellaire parameters die toelaten om modellen aan de gegevens te toetsen. D&M sterren laten toe bijkomende fenomenen te bestuderen zoals getijden, massa-overdracht, synchronisatie, reflectie, evolutie v/d baan…

16-11-11


20

Een voorbeeld Filters (U) B V

2009 Intensiteit

2010

16-11-11

Studenten Fysica UGent Tijd (fase)

21

Waar? Wat? Hoe? Humain sterrenw., België:

La Palma, Spanje:

CCD-fotometrie (vanaf 2008)

CCD-spectroscopie (vanaf 2009)

16-11-11


22

Waar? Wat? Hoe? Hoher List Obs, Duitsland: CCD-astro/fotometrie (1999-2008)

16-11-11


23

Waar? Wat? Hoe? NAO Rozhen, Bulgarije:

OHP, Provence, Frankrijk:

CCD-astrometrie (2000-2008)

CCD-spectroscopie (2003-2006)

16-11-11


24

Gericht onderzoek van D&M sterren Een visueel dubbel - spectroscopisch drievoudig systeem (DG Leonis) Een spectroscopische dubbelster in een open sterrenhoop (θ2 Tauri) Een eclipserende dubbelster met massaoverdracht (CT Herculis)

16-11-11


25

Iets over trillende sterren…

Veranderingen van flux → lichtkurven → Periode

Vb. “Cepheide” ster, P ~ dagen → maanden (typ. 1- 50 dagen); grote amplitudes; zr nuttig vr kosmologische afstanden (cf. Hubble!!) Vb. sterren 2-10 x massiever dan , P ~ uren, zr nuttig voor kennis interne structuur maar kleine amplitudes (1-2 %),

16-11-11


Auteur: R. Buchler

Auteur: J. Sorriaux

26

Iets over trillende sterren… A2-F2/V-III δ Scuti pulsating stars Variations ~ few hours (p-modes) Amplitudes ~ 0.001- 0.3 mag Rapid rotation (v.sin i ~ 100 km/s) Standard chemical composition

16-11-11


Bron: http://astro.phys.au.dk/KASC/

27

DG Leo, een drievoudig systeem HD 85040 = HIP 48218 = Kui 44 AB

Auteur: J. Sorriaux 16-11-11


28

DG Leo, een drievoudig systeem HD 85040 = HIP 48218 = Kui 44 AB Aab = nauwe dubbelster (SB2) Porb1 ~ 4.15 dagen AB = wijde dubbelster (SB2-VB) Porb2 ~ 100-150 jaren

3 gelijke componenten (A8/F0 IV-III)

(Fekel & Bopp ’77;

∈ instabiliteitszone (HR-diagramma)

Frémat et al. ’05)

16-11-11


29

1. Spectroscopie

Januari 2003 (7 nachten)

Belichting van 6 minuten

Ong. 250 spectra bekomen met spectrograaf ELODIE, Obs. Haute-Provence (Frankrijk) S/N ~ 100

16-11-11


30

2. Spectroscopie + astrometrie = baanberekening

Dankzij de (onafhankelijke) afstandsbepaling Totale massa ≅ 6 M ! 16-11-11


31

3. Fotometrie Tidal distortions

2forb Aa

Ab

Time

Minstens één trillende ster ! 16-11-11

Pulsations

f 1 , f2 , f3 , f4 Studenten Fysica UGent

32

4. Ontwarring van de spectra Input spectra

Resultaten

Nachten 1 … 7 … Componentspectra Aa

KOREL

Ab B

http://www.asu.cas.cz/~had/korel.html 16-11-11


33

4. Ontwarring van de spectra Aa Ab B

Nacht 7 Nacht 8

16-11-11


34

5. Op zoek nr trillingen

Aa

16-11-11

B


Start of night 7 Mean CCF

Ab

35

H-R diagramma’s van open sterrenhopen Bron: http://www.univie.ac.at/webda/ (WEBDA database)

Ouderdom 16-11-11


36

θ2 Tau, D-ster in de Hyaden HD 28319 = HIP 20894 = 78 Tau

▪AB

A

B

= dmv. interferometrie (Armstrong et al. 2006)

Porb ~ 140.7 days e ~ 0.7 (VB-SB2) (Torres G. et al. ’97)

▪ Associatie met θ1 Tau = 77 Tau

16-11-11


37

θ2 Tau, D-ster in de Hyaden θ 2A Ouderdom

θ 2B

∈

Hyades (d = 45 pc; Y = 0.26; [Fe/H]=+0.14; Ouderdom = ~625 Myr) (Perryman et al. ’98; Grenon 2000)

16-11-11


38

1. Spectroscopie 70

spectra geleend door Oak Ridge Obs., Harvard (Mass., US)

44 spectra met ELODIE, Obs. de HauteProvence (Frankrijk)

13 spectra met HERMES, Obs. Roque de Muchachos (La Palma)

los

127 Echelle spectra homogeen verdeeld in snelheid & tijd (T=20 jaar)

16-11-11


39

2. Ontwarring van de spectra Input spectra

Resultaten

Nights 1 … n … Component spectra Aa

FDBINARY

Ab B

http://sail.zpf.fer.hr/fdbinary/ 16-11-11


40

3. De gecombineerde baan Vradial via FDBinary

Spectroscopie

 Astrometrie

Interferometrie (Armstrong et al. 2006): 34 (t, θ, ρ) 16-11-11

Programma VBSB2 (kleinste kwadraten) (Pourbaix ‘98)


41

3a. De astrometrische baan

σ(O-C)θ = 1.2° & σ(O-C)ρ = 0.47 mas 16-11-11


42

3b. De spectroscopische baan

σ(O-C)Vr,A = 0.10 & σ(O-C)Vr,B = 0.13 km/s 16-11-11


43

4. Fundamentele parameters Comp.

A

B

Massa (M)

2.86 ± 0.03

2.16 ± 0.02

Mv

0.33 ± 0.03

1.44 ± 0.04

(mag)

CESAM evolutiesporen [Y = 0.26; Z = 0.024] 16-11-11


44

Belang van D&M sterren Dubbelsterren zijn een belangrijke bron van fundamentele stellaire parameters die toelaten om modellen aan de gegevens te toetsen. D&M sterren laten toe bijkomende fenomenen te bestuderen zoals getijden, massa-overdracht, synchronisatie, reflectie, evolutie v/d baan…

D&M sterren zijn op zichzelf de moeite waard: zij kunnen andere, meer diverse evolutiescenario’s ondergaan (dan enkelvoudige sterren).

16-11-11


45

Classificatie fotom. dubbelsterren

Morfologie van de 16-11-11 lichtkurven

Fysische modellen (met Studenten Fysica UGent evolutie)

46

Eclipserend systeem CT Her CT Her A3V+[G3IV] Ppuls=27 min (multiperiodisch?)

Porb=1.7864 dag Porb/Ppuls=95!

Systeem Algol-type Porb = 1.7864 dag Comp. A, sp.type A3V Ppuls = ~27 min

Auteur: Blondin et al. (North-Carolina, USA) 16-11-11


47

Campagnes & medewerkers Jaar

Site

Land

Tel.

Periode (Waarn.)

Nacht

2005

Monegrillo

Spanje

0.4-m

Juni – Juli (JV)

15

2005

Beersel Hills

Belg.

0.4-m

Juni - Juli (PVC)

4

2005

Beersel Hills

Belg.

0.4-m

Juni – Juli (PVC)

2

2006

Skinakas

Kreta

1.3-m

Juni - Juli (AS)

9

2006

Sierra Nev.

Spanje

1.5-m

Aug (ER+MLG)

9

16-11-11


48

Eclipserend systeem CT Her (V = 11.12 mag)

16-11-11


49

Nieuwe inzichten adhv ruimtezendingen COROT (FR-ESA-BR, 2006)

KEPLER (NASA, 2009)

Met dubbel doel: 16-11-11

Exo-planeten Trillende sterren Studenten Fysica UGent

50

Detectie van exo-planeten

Transitmethode

Detectie doorgang van een planeet (eclips), 16-11-11


vb. Venus (2004)

51

KEPLER ontdekt een 3-voudig eclipserend systeem

16-11-11


52

COROT ontdekt een ongewoon eclipserend systeem

16-11-11


53

Onderzoek - Samenwerking

Detailstudies Trillende sterren met korte P (→ type δ Scuti) Eclipserende dubbelsterren (met/zr trillingen) Dubbele en meervoudige sterren (≠ technieken)

Samenwerking

nationale KULeuven

- ULg – privé-sterrenwachten

internationale Bulgarije

– Zd-Korea - Spanje - Griekenland - Mexico – Oekraine… + enkele amateur-astronomen

16-11-11


54

Toekomstperspectieven Duizenden nieuwe eclips. dubbelsterren: vb. KEPLER (2165) & CoRoT → nieuwe fundamentele parameters Meest nauwkeurige lichtkurven bezorgen informatie over steratmosfeer/structuur... Follow-up programma’s met andere technieken zijn broodnodig (spectroscopie, astrometrie-interferometrie) vb. ESO, ENO

16-11-11


55

Meer bronmateriaal http://apod.nasa.gov/apod/ (NGC 7822, M16, 30 Dor) http://www.gigagalaxyzoom.org/B.html (MW) http://www.sumanasinc.com/webcontent/a nimations/content/RadialVelocityCurve.swf http://ad.usno.navy.mil/wds/dsl.html (The

Double Star Library: Washington Double Star Catalogue: zie WDS 12417-0127)

http://www.univie.ac.at/webda/ (WEBDA) Hummel & co, NPOI Group, USNO (Mizar A)

16-11-11


56

Einde

16-11-11


57

Omdat dubbele en meervoudige sterren belangrijk zijn (van wijde, onverstoorde systemen tot nauwe, interagerende dubbelsterren)

Recommend Documents