popularyzatorski opis rezultatów projektu

Nr wniosku: 184838, nr raportu: 19425. Kierownik (z rap.): dr Radosław Smolec
Celem projektu „Wielomodalne, nieradialne i modulowane oscylacje gwiazd RR Lutni i Cefeid” było
zbadanie dynamicznych własności klasycznych gwiazd pulsujących – gwiazd typu RR Lutni i Cefeid. Są to
jedne z najważniejszych gwiazd zmiennych w astronomii – służą jako tzw. świece standardowe, do
wyznaczenia odległości i tym samym do mierzenia Wszechświata. Ich obraz jako najprostszych gwiazd
zmiennych, pulsujących radialnie (bez zmiany sferycznego kształtu) i typowo z jednym okresem (w jednym
modzie) jest jednak błędny. Dobitnie pokazują to wyniki realizowanego projektu. Analizując pomiary
jasności tych gwiazd, zarówno z obserwacji naziemnych (np. z projektu OGLE) jak i z obserwacji
kosmicznych (teleskop Keplera, satelity BRITE) odkryliśmy dziesiątki gwiazd pulsujących w co najmniej
dwóch modach równocześnie, w tym w modzie radialnym i nieradialnym (zaburzenie sferycznego kształtu
powierzchni podczas oscylacji). Można śmiało powiedzieć, że wyniki realizowanego projektu
zrewolucjonizowały nasze postrzeganie gwiazd RR Lutni, co ilustruje rysunek przedstawiający tzw. diagram
Petersena. Na diagramie, na osi pionowej odkładamy stosunek dwóch okresowości obserwowanych w
gwieździe w funkcji okresu dłuższego. Rysunek z lewej strony przedstawia schematycznie diagram
Petersena nie uwzględniający wyników projektu, zaś po prawej stronie dodano gwiazdy dwuokresowe
odkryte w ramach projektu. Odkryliśmy kilka zupełnie nowych grup gwiazd dwuokresowych oraz znacząco
zwiększyliśmy liczbę gwiazd znanego już typu reprezentowanego czerwonymi symbolami. Ta grupa jest nie
tylko najliczniejsza, ale i najciekawsza. Jednym ze wzbudzonych modów jest mod radialny, natomiast
pochodzenie drugiej okresowości było dotąd niejasne. Szczegółowo zbadaliśmy własności tych gwiazd – RR
Lutni oraz Cefeid (w których występuje analogiczna forma oscylacji) i zaproponowaliśmy model, który
tłumaczy większość z obserwowanych cech tych gwiazd. Model wiąże dodatkową zmienność z modami
nieradialnymi o znanej geometrii. To pozwala na porównanie obserwowanych okresów z wyliczonymi dla
modeli gwiazdowych. Dopasowanie modeli prowadzi natomiast do określenia parametrów gwiazdy takich
jak np. masa, promień czy temperatura. Jest to istota asterosejsmologii. Tym samym otworzyliśmy nowe,
niezwykle istotne okno badań asterosejsmicznych klasycznych gwiazd pulsujących. Ważne, gdyż ta forma
oscylacji jest powszechna w gwiazdach RR Lutni co pokazały również realizowane badania. Inne, nowe
grupy gwiazd ukazane na diagramie Petersena są nie mniej intrygujące. Mamy tu np. gwiazdy oscylujące w
modzie radialnym z dodatkową zmiennością o okresie na tyle długim, że trudno go powiązać z jakimkolwiek
modem oscylacji (romby w kolorze magenta). Natura tych obiektów pozostaje zagadką. Podobnie nieznana
jest natura gwiazd oznaczonych zielonymi trójkątami – oryginalnie sklasyfikowane jako jednookresowe
gwiazdy RR Lutni okazały się gwiazdami dwuokresowymi o bardzo nietypowych, jak na gwiazdy RR Lutni
krzywych blasku. Wśród gwiazd RR Lutni oscylujących w dwóch modach radialnych (RRd) dokładnie
zbadaliśmy te, w których stosunki okresów są nieco nietypowe (niebieskie kółka). Są to tzw anomalne
gwiazdy RRd w których często obserwujemy długookresową modulację amplitudy oraz okresu pulsacji.
Zaproponowaliśmy model, który tłumaczy obserwowane oscylacje jako wynik rezonansu między radialnymi
modami pulsacji. Modulacja amplitudy i okresu pulsacji jest często obserwowana w gwiazdach RR Lutni
pulsujących w jednym modzie. Jest to tak zwany efekt Błażki, którego przyczyny pozostają nieznane. By
lepiej zrozumieć zjawisko, w ramach projektu szczegółowo badaliśmy własności efektu Błażki w gwiazdach
obserwowanych zarówno z ziemi jak i przy pomocy teleskopów kosmicznych. Wykonaliśmy również szereg
rachunków modelowych próbując (bezskutecznie) potwierdzić jeden z modeli zaproponowanych ostatnio
tłumaczących efekt Błażki jako wynik tzw. rezonansu połówkowego.
Podsumowując, najważniejszymi wynikami projektu jest odkrycie kilku nowych grup dwuokresowych klasycznych gwiazd pulsujących, zaproponowanie modeli wyjaśniających część z odkrytych
form pulsacji oraz otworzenie nowego okna badań asterosejsmicznych gwiazd RR Lutni i Cefeid. Nowo
odkryte obiekty, których natura pozostaje nieznana, są również niezwykle ważne: próba ich zrozumienia
będzie z pewnością jednym z wiodących kierunków badań teoretycznych w najbliższych latach.