Цефеиды — класс пульсирующих переменных звёзд, прототипом которых стала δ Цефея. Цефеиды, по теории являются жёлтыми гигантами и сверхгигантами с принятой за стандарт зависимостью между периодом и светимостью. Именно как стандартные свечи с высокой светимостью цефеиды используются для определения расстояний в космосе.
Изучение Цефеид сопряжено с определенными трудностями. Их пульсации и потенциальное взаимодействие со звездами-компаньонами создают сложные картины, которые трудно точно измерить. Различные приборы и методы, использовавшиеся на протяжении многих лет, приводили к противоречивым данным, что усложняло понимание этих звезд.
Отслеживание пульсаций Цефеид с помощью велосиметрии высокой четкости дает нам возможность понять структуру этих звезд и то, как они развиваются, — говорит Ричард И. Андерсон, астрофизик из EPFL.
В частности, измерения скорости, с которой звезды расширяются и сжимаются вдоль линии визирования — так называемые радиальные скорости — являются важнейшим аналогом точных измерений яркости из космоса. Однако существует острая потребность в высококачественных лучевых скоростях, поскольку их сбор обходится дорого и лишь немногие приборы способны их собирать.
Андерсон возглавил группу ученых, чтобы сделать именно это в рамках проекта VELOcities of CEpheids (VELOCE) — большого сотрудничества, которое за 12 лет собрало более 18 000 высокоточных измерений радиальных скоростей 258 Цефеид с помощью современных спектрографов в период с 2010 по 2022 год.
Этот набор данных послужит якорем для связи наблюдений Цефеид с разных телескопов во времени и, надеюсь, вдохновит сообщество на дальнейшие исследования.
VELOCE — плод сотрудничества между EPFL, Женевским университетом и KU Leuven. Он основан на наблюдениях швейцарского телескопа Эйлера в Чили и фламандского телескопа Меркатора на острове Ла-Пальма. Андерсон начал проект VELOCE во время защиты докторской диссертации в Женевском университете, продолжил его в качестве постдока в США и Германии, а теперь завершил в EPFL. Аспирант Андерсона, Джордано Вивиани, сыграл важную роль в выпуске данных VELOCE.
Замечательная точность и долговременная стабильность измерений позволили получить новые интересные сведения о том, как пульсируют Цефеиды, — говорит Вивиани.
Пульсации приводят к изменениям скорости линии прямой видимости до 70 км/с, или около 250 000 км/ч. Мы измерили эти изменения с типичной точностью до 130 км/ч (37 м/с), а в некоторых случаях даже до 7 км/ч (2 м/с).
Чтобы получить такие точные измерения, исследователи VELOCE использовали два спектрографа высокого разрешения, которые разделяют и измеряют длины волн в электромагнитном излучении: HERMES в северном полушарии и CORALIE в южном полушарии. За пределами VELOCE CORALIE известен тем, что находит экзопланеты, а HERMES — рабочая лошадка звездной астрофизики.
Оба спектрографа обнаружили крошечные смещения в свете Цефеид, что свидетельствует об их движении. Исследователи использовали передовые методы для обеспечения стабильности и точности измерений, корректируя любые инструментальные смещения и атмосферные изменения.
Мы измеряем радиальные скорости, используя эффект Доплера, — объясняет Андерсон.
Проект VELOCE раскрыл несколько интересных деталей о звездах Цефеиды. Например, данные VELOCE позволяют наиболее детально рассмотреть прогрессию Герцшпрунга — паттерн пульсаций звезд, — демонстрируя ранее неизвестные двухпиковые бугорки, которые не укладываются в теоретические модели пульсирующих звезд. (Это одна из причин завышения теоретиками расстояний в космосе.)
Команда обнаружила, что некоторые Цефеиды демонстрируют сложную, модулированную изменчивость в своем движении. Это означает, что радиальные скорости звезд изменяются таким образом, что их нельзя объяснить простыми регулярными пульсациями. Другими словами, хотя мы ожидаем, что Цефеиды будут пульсировать с предсказуемым ритмом, данные VELOCE показывают дополнительные, неожиданные вариации в этих движениях.
О первых обнаружениях таких сигналов с помощью VELOCE сообщается в сопутствующей работе (Netzel et al. в печати).
Исследование также выявило 77 звезд Цефеид, входящих в состав бинарных систем (две звезды, вращающиеся друг вокруг друга), и обнаружило еще 14 кандидатов. В сопутствующей статье, написанной бывшим постдоком Андерсона Шрейей Шети, подробно описываются эти системы.