Переменные звезды. Взгляд с земли и из космоса

1.

Н.Н. Самусь
Институт астрономии РАН,
ГАИШ МГУ и Международная общественная
организация «Астрономическое Общество»
ПЕРЕМЕННЫЕ ЗВЕЗДЫ – ВЗГЛЯД С
ЗЕМЛИ И ИЗ КОСМОСА
Казань, молодежная школа “Space Science”,
30 августа 2017 г.

2.

«Звезды-гостьи»
Комета Хейла–Боппа
(1997)
Кривая блеска (по Р. Лапуэнте)
и рентгеновский остаток
сверхновой Тихо Браге (1572)
Тихо Браге
(1546 1601)

3.

Сверхновые – самые высокоамплитудные переменные звезды.
Сегодня в ОКПЗ переменная с самой маленькой амплитудой –
Альтаир (α Орла, кривая блеска по D. Buzasi и др., 2005).
Полная амплитуда около 0.005 звездной величины!
Наблюдения со спутника Wide Field Infrared Explorer

4.

Пример нерадиальных пульсаций звезды

5.

WIRE – довольно
неудачный
космический проект
1999 г., успешно
наблюдал с высокой
точностью только
яркие звезды

6.

Астрометрический спутник HIPPARCOS (на снимке – в цеху)
работал в 1989 – 1993 гг. Открыл около 5000 новых
переменных звезд. Примерно для 3000 из них имена ОКПЗ
приведены уже в каталоге HIPPARCOS

7.

Кривая блеска типичной цефеиды R Южного Креста (P=5.8 d) по
наблюдениям космического аппарата Hipparcos (Европейское
Космическое Агентство)
Выдающаяся роль цефеид в астрофизике
обусловлена существованием зависимости
период–светимость, которую в 1908 г.
открыла Генриетта Ливитт (фото справа). Эта
зависимость лежит в основе определения
расстояний во Вселенной.

8.

Радиальные пульсации звезды
Сергей Александрович
Жевакин
(1916 – 2001)
В 1953 г. объяснил
пульсации цефеид

9.

«Труба звездных пульсаций» Золтана Коллата

10.

Золтан Коллат
Труба органа и звездная «труба»

11.

Космический телескоп им. Э. Хаббла (зеркало 2.4 метра,
запущен в 1990 г. в США, работает до сих пор)

12.

Кривая блеска прохождения планеты по диску звезды
V376 Пегаса по наблюдениям Космического телескопа
им. Хаббла (Т. Браун и др., 2001)

13.

Новые ИСЗ смогут открыть миллионы новых
переменных. Примеры:
Corot (ЕКА): запущен в декабре 2006 г. Прекрасные
кривые блеска, множество открытий переменных (не
основная задача, кроме транзитов экзопланет).
Kepler (НАСА): запущен в марте 2009 г. Постоянно
следил более чем за 150000 звезд.
Другие миссии на орбите или готовятся (GAIA, Лира…)
ИСЗ Corot
ИСЗ Kepler

14.

Телескоп – всего 27 см!
Основные задачи Corot:
– Астросейсмология
– Поиск экзопланет
Запуск ИСЗ Corot
российской ракетой
Первое наблюдение фаз и затмения
экзопланеты (И. Снеллен и др., 2009)

15.

Данные CoRoT позволяют заметить и картировать группы
звездных пятен при прохождении по ним экзопланеты
(А. Валио, 2011).

16.

Телескоп миссии Кеплер имеет диаметр 95 см. В 2009 –
2013 гг. он постоянно следил за полем на границе созвездий
Лебедя, Лиры и Цефея.
Открыл около 3000 кандидатов в экзопланеты,
подтверждено около 1000, в том числе почти земных
размеров и в зонах возможной жизни.

17.

Миссия KEPLER
42 ПЗС, 2200×1024
более 150 000 звезд
Спутник был способен
зарегистрировать транзит
планеты земного типа у
звезды, подобной Солнцу,
на уровне 4σ
Открыты тысячи затменных
переменных звезд.
Чередование циклов RR
Лиры:
период около полусуток, при
наземных наблюдениях найти
нельзя!

18.

Чередование высот максимумов RR Лиры по данным Kepler

19.

Две переменных Kepler
Ампл. = 0m.06
Ампл. = 0m.006
(Дж. Гривс, 2010)

20.

Сенсация 2016 г. – открытие по данным Kepler любителями
астрономии – искателями планетных транзитов новой
переменной звезды KIC 8462852 с иррегулярными
«затмениями» (T.S. Boyajian и др.), звезды “WTF”
Табетта Бояджян

21.

Непонятное поведение, казалось бы, заурядной звезды
спектрального класса F3V породило множество гипотез.
Популярны идеи вроде облака разрушающихся комет на
вытянутых орбитах. Отсутствие внятного объяснения
благоприятно для распространения идей о внеземной
цивилизации, строящей сферу Дайсона.

22.

Теперь о неожиданном. Переменные типа UV Кита – мощные
вспышки на красных карликах
Самая сильная вспышка UV Кита, наблюдавшаяся
Ваге Осканяном визуально на Белградской обсерватории

23.

У Проксимы Центавра в 2016 г. найдена планета в зоне,
пригодной для обитания (Г. Англада-Эскуде и др.)
Среди слабых звезд главной
последовательности почти все –
вспыхивающие
Проксима – известная вспыхивающая звезда V645 Центавра (наблюдения MOST)

24.

Что такое MOST? Это аббревиатура
Microvariability and Oscillation of
Stars. Первый канадский научный
ИСЗ массой 53 кг – такие аппараты
считаются микроспутниками. 15-см
максутовский телескоп. Результат
по Проксиме для такого спутника –
побочный, но каковы почти
непрерывные наблюдения сутками
подряд! Запущен в 2003 г., работает
до сих пор, но в 2014 г. Канада
прекратила финансирование.

25.

Открытия переменных звезд Галактики по
наземным ПЗС-наблюдениям
Каталог USNO-B1.0 (2003):
1 042 618 261 объектов (звезд и галактик),
~ 1 миллиард звезд до 20–21m
На уровне 0m.03–0m.05 переменной оказывается одна звезда из
80–100,
то есть наземные телескопы класса 1 м с обычными ПЗСдетекторами и стандартным программным обеспечением для
поиска переменности потенциально позволяют открыть
~10 миллионов переменных звезд..
Пока мы знаем ~ 400000 переменных звезд Галактики, т.е.
~4% от общего числа потенциально обнаружимых методами
ПЗС-фотометрии.

26.

Обсерватория KEPLER
Предварительные результаты:
Из ~ 150 000 звезд программы
~ 60 000 – периодические переменные,
~ 34 000 звезд меняются с плохо выраженной
периодичностью или неправильным образом
(Г. Басри и др., 2011)
При точности фотометрии KEPLER переменны две
трети всех звезд!

27.

Мое «доморощенное» определение переменной звезды
(старое, но уточненное с учетом космической эры):
Звезда называется переменной, если освещенность,
создаваемая ею на границе земной атмосферы, изменяется
настолько, что эти изменения могут быть обнаружены
фотометрическими наблюдениями с поверхности Земли
или из космоса, при точности, обеспечиваемой этими
наблюдениями, за время, охваченное наблюдениями такой
точности.
Последняя оговорка – некая защита от того, что все звезды
эволюционируют (пока для большинства звезд мы
связанные с этим изменения блеска не замечаем) и
расстояния до них меняются (такие эффекты в фотометрии
и вовсе пока не выявлены).

28.

Ну и что мы имеем?
• Когда появятся полные результаты миссии Kepler (а затем
и других подобных миссий), придется полностью
пересмотреть все наши знания о статистике звездной
переменности.
• Эра традиционных каталогов переменных звезд близится к
концу, хотя имена переменных звезд в системе Аргеландера
(вроде RR Лиры) все еще популярны.
• Возможный выход – универсальные звездные каталоги, в
которых некоторая часть информации будет посвящена
сведениям о переменности.
• Комиссия 27 «Переменные звезды» Международного
астрономического союза 10 лет назад создала рабочую
группу для изучения будущего каталогов переменных звезд.
Увы, блестящих идей она не выработала – и комиссии этой
уже нет...

29.

Проект «МАСТЕР» ГАИШ МГУ. Малые телескопы.
Транзиенты всех видов и переменные звезды
Руководитель проекта
«МАСТЕР» проф. В.М. Липунов

30.

Недавнее открытие проекта «МАСТЕР» – затменная звезда с
рекордным периодом OT J095310.04+335352.8 (вероятно,
25245d; прежний рекорд – ε Aur, 9884d) и огромной амплитудой
(почти 5m) (Д. Денисенко и др., 2014)

31.

В 2016 г. телескопы сети
MASTER на Канарах и в Крыму
сумели мгновенно навестись на
гамма-всплеск. Результат –
открытие поляризации
излучения, статья в Nature 2017 г.

32.

Маленькие камеры проекта ASAS-3 на фоне большого
телескопа проекта OGLE

33.

Открытие OGLE – совсем новый тип
переменных звезд 2017 года. BLAPs
(Blue Large Amplitude Pulsators). Очень
горячие, с очень короткими периодами,
цефеидными кривыми блеска и
сравнительно большими (для их
периодов) амплитудами. Открыли
P. Pietrukowicz и др., 2017.

34. Проект ASAS-3 (The All Sky Automated Survey)

• Все южное небо, до +30o на северном
• С лета 2000 по 2009
• Система V, CCD 2048 × 2048,
поле 8o.8 × 8o.8, 15.5˝/pixel
• Несколько миллионов звезд
V до 15m.0 (реально до 14m.5)
• Тысячи новых переменных звезд

35.

Обзор ASAS-3 и его каталог

36. Проект NSVS (The Northern Sky Variability Survey)

Часть проекта ROTSE-I
Все северное небо, до –38o на южном
Апрель 1999 – март 2000
Красная инструментальная система,
CCD 2035×2069, поле 8o.2 × 8o.2, 14.4˝/pixel
• 14 миллионов звезд, r = 8m 15m.5
• Тысячи новых переменных звезд

37.

Что такое data mining: обзор NSVS в Интернете. Показана
кривая блеска красной переменной звезды T Андромеды

38.

Проект SuperWASP –
британская программа поиска
экзопланет. По установке в
обоих полушариях, каждая из 8
малых камер. Тысячи
наблюдений каждой звезды,
разрешение и предел – примерно
как у ASAS и ROTSE. Несмотря
на неудобство представления
информации, продвинутые
пользователи широко
используют SuperWASP для data
mining. Наблюдения
недостаточно очищены от
инструментальных эффектов.

39.

С начала 2012 г. открыт доступ к
фотометрии обзора неба Catalina
(телескопы Шмидта диаметром 50 – 70
см; до конца 2012 г. – северное небо, а
затем и южное, кроме полосы Млечного
Пути и районов полюсов мира; рабочие
звездные величины от 13 до 19)

40.

Новая цефеида, которую в кооперации с астрономами
ГАИШ открыл Антон Хруслов, в то время учитель музыки и
любитель астрономии (сейчас сотрудник ГАИШ) методами
data mining

41.

А.В. Хруслов (ГАИШ)
Комплекс метровых телескопов ТяньШаньской обсерватории (Казахстан)
Новая затменная катаклизмическая
переменная GSC 4560-02157 открыта
Хрусловым методом data mining. На
Тянь-Шане в 2013 – 2014 гг. Хруслов
установил, какой из двух компонентов
меняется, и определил природу звезды, а
астрономы ГАИШ и САО подтвердили
результат спектрально на 6-м телескопе.

42.

От традиционных наземных методов к новым начало
перевода фототеки ГАИШ в цифровую форму

43.

Оцифровка пластинок сохранит их от ЧП, вроде
случившегося в Гарвардской обсерватории 18 января 2016 г.
Лопнула водопроводная труба высокого давления под
обсерваторией. Были затоплены 61000 пластинок, все
оставались к этому моменту неоцифрованными. Пострадали
компьютеры и сканеры. Идет операция по спасению
пластинок; есть надежда избежать больших потерь данных.
Цокольный этаж архива
фотопластинок Гарвардской
обсерватории (январь 2016 г.)

44.

Фототеку ГАИШ основал проф.
С.Н. Блажко (1870–1956) в 1895 г.
Шкафы московской фототеки

45.

Д.М. Колесникова и др. (2008, 2010)
по сканам поля в 100 кв. градусов,
казалось бы, неплохо исследованного
и традиционными методами, и в
автоматических обзорах, открыли
около 500 новых переменных звезд.
С тех пор сотни переменных
обнаружены по сканам еще
нескольких полей.
ПЗС-подтверждения открытий по сканам

46.

Рост числа известных переменных типа HADS
(Колесникова и др., 2010)
Поиск переменных по сканам пластинок Московской
фототеки. В поле 10°x10° (менее 0.25% всей площади
небесной сферы) с центром у звезды 66 Змееносца найдено 13
звезд типа HADS (High Amplitude Delta Scuti), что
соответствует оценке >5000 для всего неба. Число звезд типа δ
Щита с амплитудой не менее 0m.2 в ОКПЗ – всего 121.

47.

Необычное распределение периодов
затменных звезд по тем же сканам
Распределение периодов обнаруженных новых затменных
переменных звезд существенно сдвинуто к коротким
периодам (в скобках – частота в процентах из ОКПЗ):
P
0.2–0.4 d
0.4–0.6 d
0.6–0.8 d
0.8–1.0 d
>1 d
EA
EB
13% (1.7%)
47% (15.4%)
22% (3.7%) 22% (17.8%)
17% (5.0%) 9% (13.4%)
61% (89.2%) 9% (51.7%)
(Колесникова и др., 2010)
EW
50% (47.8%)
42% (30.9%)
6% (14.0%)
2% (5.5%)

48.

Проблемы классификации переменных звезд
на основе обзоров неба
•Существующие системы классификация (в том числе
принятая в ОКПЗ) далеки от совершенства;
•хорошие компьютерные программы для
автоматической классификации только начали
появляться;
•тысячи новых переменных звезд классифицировать
«вручную» затруднительно;
•зачастую классификация только по кривой блеска
невозможна; нужна дополнительная информация о
спектральном классе, рентгеновском излучении,
изменениях лучевой скорости.

49.

Проблемы классификации переменных звезд
Затмения?
Пульсации?
Вращательная
модуляция блеска
запятненной звезды?
(В. Соловьев, А. Самохвалов, Б. Сатовский,
2011)

50.

ОБЩИЙ КАТАЛОГ ПЕРЕМЕННЫХ ЗВЕЗД: В СССР
(РОССИИ) С 1947 г. ПО ПОРУЧЕНИЮ
МЕЖДУНАРОДНОГО АСТРОНОМИЧЕСКОГО СОЮЗА
П.П. Паренаго
(1906 – 1960)
Б.В. Кукаркин
(1909 – 1977)
П.Н. Холопов
(1922 – 1988)
В ОКПЗ сейчас почти 52000 переменных звезд плюс около
20000 звезд, заподозренных в переменности

51.

Принципы составления ОКПЗ, с позвездным экспертным
анализом информации, трудозатратны, и ОКПЗ не успевает за
экспоненциальным ростом числа открываемых переменных.
Американская ассоциация наблюдателей переменных звезд
(AAVSO) учредила Индекс переменных звезд AAVSO с отличной
полнотой. На 21 января 2017 г. он содержал 400870 звезды. И его
составители начинают ощущать перегруженность.
Себастьян Отеро (AAVSO), Аргентина, координатор VSX

52.

Повторю уже звучавший вывод:
Возможный выход – универсальные звездные каталоги, в
которых некоторая часть информации будет посвящена
сведениям о переменности.
Коллектив ОКПЗ (фото 2009 г.)

53.

СПАСИБО!