Las mediciones de alta precisión desafían nuestra comprensión de las cefeidas

Las “cefeidas clásicas” son un tipo de púlsar que se ilumina y se atenúa rítmicamente con el tiempo. Estos pulsos ayudan a los astrónomos a medir grandes distancias en el espacio, lo que convierte a las cefeidas en “velas estándar” cruciales que nos ayudan a comprender el tamaño y la escala de nuestro universo.

A pesar de su importancia, estudiar las cefeidas es un desafío. Sus pulsaciones y posibles interacciones con estrellas compañeras crean patrones complejos que son difíciles de medir con precisión. Las diferentes herramientas y métodos utilizados a lo largo de los años han dado como resultado datos inconsistentes, lo que ha complicado nuestra comprensión de estas estrellas.

«El seguimiento de las pulsaciones de las Cefeidas mediante velocimetría de alta resolución nos da una idea de la estructura de estas estrellas y de cómo evolucionan», afirma Richard I. Anderson, astrofísico de la EPFL. “En particular, las mediciones de la velocidad a la que las estrellas se expanden y contraen a lo largo de la línea de visión (las llamadas velocidades radiales) proporcionan una contrapartida crucial para las mediciones precisas del brillo desde el espacio. Sin embargo, ha habido una necesidad urgente de mediciones radiales de alta calidad. velocidades porque son caras de recolectar y porque pocos instrumentos son capaces de recolectarlas”.

Proyecto Velos

Anderson ahora ha dirigido un equipo de científicos para hacer exactamente eso con el proyecto VELOcities of CEpheids (VELOCE), una gran colaboración que durante 12 años recopiló más de 18.000 mediciones de alta resolución de 258 velocidades radiales de Cefeidas utilizando espectrómetros avanzados entre 2010 y 2022. Su investigación es publicado en la revista Astronomía y astrofísica..

«Este conjunto de datos servirá como ancla para conectar las observaciones de Cefeidas desde diferentes telescopios a lo largo del tiempo, y esperamos que inspire a la comunidad a seguir estudiando», dice Anderson.

VELOCE es una colaboración entre EPFL, la Universidad de Ginebra y KU Leuven. Se basa en observaciones del telescopio suizo Euler en Chile y del telescopio flamenco Mercator en La Palma. Anderson inició el proyecto VELOCE mientras obtenía su doctorado. en la Universidad de Ginebra, y continuó sus estudios como investigador postdoctoral en Estados Unidos y Alemania, completándolos ahora en la EPFL. Anderson Ph.D. El estudiante Giordano Viviani contribuyó decisivamente a hacer posible la publicación de los datos de VELOCE.

Revelando los secretos de Al-Qifawi con precisión avanzada

«La notable precisión y estabilidad a largo plazo de las mediciones han proporcionado nuevos e interesantes conocimientos sobre cómo pulsan las cefeidas», afirma Viviani. “Las pulsaciones provocan cambios de velocidad en la línea de visión de hasta 70 km/s, o unos 250.000 km/h. Hemos medido estas variaciones con una precisión típica de 130 km/h (37 m/s), y en algunos casos. En algunos casos pueden alcanzar hasta 7 km/h.”/hora (2 m/s), que es aproximadamente la velocidad de una persona que camina rápidamente”.

Para obtener mediciones tan precisas, los investigadores de VELOCE utilizaron dos espectrómetros de alta resolución, que separan y miden longitudes de onda en la radiación electromagnética: HERMES en el hemisferio norte y CORALIE en el hemisferio sur. Fuera de VELOCE, CORALIE es conocida por encontrar exoplanetas y HERMES es el caballo de batalla de la astrofísica estelar.

Los dos espectrógrafos detectaron pequeños cambios en la luz de las estrellas Cefeidas, indicando sus movimientos. Los investigadores utilizaron técnicas avanzadas para garantizar que sus mediciones fueran estables y precisas, corrigiendo cualquier deriva útil y cambio atmosférico.

«Medimos las velocidades radiales mediante el efecto Doppler», explica Anderson. «Este es el mismo efecto que usa la policía para medir tu velocidad, y también el efecto que sabes por el cambio en el tono de voz cuando una ambulancia se acerca o se aleja de ti».

La extraña danza de las Cefeidas

El proyecto VELOCE ha revelado muchos detalles fascinantes sobre las estrellas Cefeidas. Por ejemplo, los datos de VELOCE proporcionan la visión más detallada hasta el momento de la precesión de Hertzsprung (un patrón en la pulsación de las estrellas) que muestra protuberancias de doble pico previamente desconocidas y proporcionará pistas para comprender mejor la estructura de las Cefeidas en comparación con los modelos teóricos. De púlsares.

El equipo descubrió que muchas cefeidas muestran variaciones complejas y organizadas en sus movimientos. Esto significa que las velocidades radiales de las estrellas cambian de maneras que no pueden explicarse mediante patrones de pulsación simples y regulares. En otras palabras, si bien esperamos que las cefeidas latan con un ritmo predecible, los datos de VELOCE revelan variaciones inesperadas adicionales en estos movimientos.

Estas diferencias no son consistentes con los modelos teóricos de pulsación utilizados tradicionalmente para describir las cefeidas. «Esto sugiere que dentro de estas estrellas ocurren procesos más complejos, como interacciones entre diferentes capas de la estrella o señales de pulsación adicionales (no radiales) que pueden representar una oportunidad para determinar la estructura de las Cefeidas a través de la astrosismología», dice. . Anderson postdoctoral Henrika Neitzel. Las primeras detecciones de tales señales basadas en VELOCE se informan en un artículo complementario (Netzel et al., en prensa).

Sistemas binarios

El estudio también identificó 77 estrellas cefeidas que forman parte de sistemas binarios (dos estrellas que orbitan entre sí) y encontró 14 estrellas candidatas más. Un artículo adjunto dirigido por Shreya Shetty, ex investigadora postdoctoral en Anderson, describe estos sistemas en detalle, lo que aumenta nuestra comprensión de cómo estas estrellas evolucionan e interactúan entre sí.

«Vemos que una de cada tres estrellas Cefeidas tiene una compañera invisible cuya presencia podemos determinar mediante el efecto Doppler», afirma Shetty.

«Comprender la naturaleza y la física de las estrellas Cefeidas es importante porque nos informan sobre cómo evolucionan las estrellas en general y porque dependemos de ellas para determinar las distancias y la tasa de expansión del universo», dice Anderson. «Además, VELOCE proporciona las mejores validaciones disponibles para mediciones similares pero menos precisas de la misión Gaia de la ESA, que eventualmente llevará a cabo el mayor estudio de mediciones de la velocidad radial de las cefeidas».