En un estudio reciente en la revista Astronomía y astrofísica.investigadores de EPFL Utilizando efectos Doppler para estudiar estrellas Cefeidas. El proyecto VELOCE, dirigido por Richard I. Anderson, ha recopilado más de 18.000 mediciones de velocidad radial de alta resolución, lo que ha revelado nuevos conocimientos sobre el comportamiento de las cefeidas y ha proporcionado un conjunto de datos detallados para respaldar futuras investigaciones astronómicas.
Las “cefeidas clásicas” son un tipo de púlsar que se ilumina y oscurece siguiendo un patrón rítmico a lo largo del tiempo. Las cefeidas son «velas estándar» esenciales para medir distancias enormes en el espacio. Ayudan a los investigadores a comprender el tamaño y la escala del universo.
Las cefeidas son importantes, pero difíciles de estudiar. Sus pulsaciones y posibles interacciones con estrellas compañeras crean patrones complejos que son difíciles de medir con precisión. A lo largo de los años se han utilizado diferentes herramientas y técnicas, lo que ha 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. 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 apremiante de velocidades radiales de alta calidad porque son caras de recolectar y porque pocos instrumentos son capaces de recolectarlas..
Richard Anderson, astrofísico, Instituto Federal Suizo de Tecnología en Lausana
Proyecto Velos
A través del proyecto VELOcities of CEpheids (VELOCE), Anderson ha liderado ahora un grupo de científicos para hacer precisamente eso. Utilizando espectrómetros de última generación, la amplia colaboración recopiló más de 18.000 mediciones de alta resolución de 258 velocidades radiales de cefeidas durante 12 años, entre 2010 y 2022.
«Este conjunto de datos servirá como ancla para conectar las observaciones de cefeidas desde diferentes telescopios a lo largo del tiempo y, con suerte, inspirará a la comunidad a seguir estudiando.«.
VELOCE es el resultado de una alianza entre KU Leuven, la Universidad de Ginebra y EPFL. Se basa en observaciones realizadas con el telescopio flamenco Mercator en La Palma y el telescopio suizo Euler en Chile.
Después de iniciar el proyecto VELOCE durante mi doctorado. En la Universidad de Ginebra, Anderson lo realizó como investigador postdoctoral en Estados Unidos y Alemania antes de completarlo en la EPFL. Giordano Viviani, MD Anderson. El estudiante jugó un papel fundamental al facilitar la publicación de datos VELOCE.
Revelando los secretos de las Cefeidas con precisión avanzada
La notable precisión y estabilidad a largo plazo de las mediciones han proporcionado nuevos conocimientos interesantes sobre cómo pulsan las cefeidas. Los pulsos provocan cambios en la velocidad de la línea de visión de hasta 70 kilómetros por segundo, o unos 250.000 kilómetros por hora. Medimos estas diferencias con una resolución típica de 130 km/h (37 m/s) y, en algunos casos, con una precisión de 7 km/h (2 m/s), que es aproximadamente la velocidad de una caminata rápida. Humanos.
Giordano Viviani, estudiante de doctorado en el Instituto Federal Suizo de Tecnología en Lausana.
Los investigadores de VELOCE utilizaron dos espectrógrafos de alta resolución, CORALIE en el hemisferio sur y HERMES en el hemisferio norte, para aislar y medir longitudes de onda de radiación electromagnética y obtener datos tan precisos. Aparte de VELOCE, CORALIE es mejor conocida por sus descubrimientos exoplanetarios, mientras que HERMES es un pilar de la astrofísica estelar.
Los dos espectrógrafos caracterizaron los movimientos de las estrellas cefeidas mediante pequeños cambios en su brillo. Para tener en cuenta los cambios climáticos y la deriva de los sensores, los investigadores utilizaron algoritmos sofisticados para garantizar la estabilidad y precisión de sus mediciones.
Medimos las velocidades radiales mediante el efecto Doppler. Este es el mismo efecto que usa la policía para medir tu velocidad y también el efecto que conoces por el cambio de tono de voz cuando una ambulancia se acerca o se aleja de ti..
Richard Anderson, astrofísico, Instituto Federal Suizo de Tecnología en Lausana
La extraña danza de las Cefeidas
El estudio VELOCE reveló una serie de datos interesantes sobre las estrellas Cefeidas. En comparación con los modelos teóricos de púlsares, los datos de VELOCE, por ejemplo, proporcionan la visión más detallada hasta el momento de la precesión de Hertzsprung, un patrón en la pulsación de las estrellas. Revelan protuberancias de doble pico previamente desconocidas y proporcionan pistas para una mejor comprensión de la estructura de las cefeidas.
El grupo descubrió que los movimientos de muchas estrellas cefeidas exhiben fluctuaciones complejas y regulares. Esto indica que patrones de pulsación simples y regulares no pueden explicar los cambios en las velocidades radiales de las estrellas. En otras palabras, los datos de VELOCE muestran variaciones adicionales inesperadas en los movimientos pulsantes de las Cefeidas, aunque esperaríamos que tuvieran un ritmo regular.
Los modelos teóricos de pulsación comúnmente utilizados para describir las cefeidas son inconsistentes con estos cambios.
Henrika Neitzel, investigadora postdoctoral de Anderson, dijo: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 estrellas cefeidas mediante astrosismología.«.
El trabajo complementario informa las primeras detecciones de estas señales basadas en VELOCE (Neitzel y otros. En la prensa).
Sistemas binarios
Además, se han descubierto otras 14 estrellas Cefeidas, y se han identificado 77 estrellas Cefeidas que forman parte de sistemas binarios, dos estrellas orbitando entre sí. El trabajo complementario dirigido por Shreya Shetty, ex investigadora postdoctoral de Anderson, ha detallado estos sistemas y ha avanzado en el conocimiento de la evolución y la interacción de estas estrellas.
Shetty dijo:Vemos que aproximadamente una de cada tres cefeidas tiene una compañera invisible cuya presencia podemos determinar mediante el efecto Doppler.«.
Anderson dijo: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. Además, VELOCE proporciona las mejores validaciones disponibles para mediciones similares, pero menos precisas, de la misión Gaia de la Agencia Espacial Europea, que eventualmente llevará a cabo el mayor estudio de mediciones de la velocidad radial de las cefeidas.«.
Referencia de la revista:
Anderson, RI, et al. (2024) Velocidades de las ciudades CEfeidas (VELOCE). I. Velocidades radiales de alta resolución de las cefeidas. Astronomía y astrofísica.. doi.org/10.1051/0004-6361/202348400