“Cepheidet klasike” janë një lloj ylli që pulsojnë ritmikisht duke ndriçuar dhe zbehur me kalimin e kohës. Këto pulsime ndihmojnë astronomët të matin distanca të mëdha në hapësirë, gjë që i bën Cepheidet “qirinj standard” të rëndësishëm që na ndihmojnë të kuptojmë madhësinë dhe shkallën e universit tonë.
Megjithë rëndësinë e tyre, studimi i Cepheideve është sfidues. Pulsimet e tyre dhe ndërveprimet e mundshme me yjet shoqërues krijojnë modele komplekse që janë të vështira për t’u matur saktësisht. Instrumente dhe metoda të ndryshme të përdorura gjatë viteve kanë çuar në të dhëna jo konsistente, duke komplikuar kuptimin tonë për këta yje.
“Ndjekja e pulsimeve të Cepheideve me velocimetri me definicion të lartë na jep njohuri për strukturën e këtyre yjeve dhe se si ato evoluojnë,” thotë Richard I. Anderson, një astrofizikan në EPFL. “Në veçanti, matjet e shpejtësisë me të cilën yjet zgjaten dhe kontraktohen përgjatë vijës së shikimit – të ashtuquajturat shpejtësi radiale – ofrojnë një kundërpjesë të rëndësishme për matjet e sakta të ndriçimit nga hapësira. Megjithatë, ka pasur një nevojë urgjente për shpejtësi radiale me cilësi të lartë sepse ato janë të shtrenjta për t’u mbledhur dhe sepse pak instrumente janë në gjendje t’i mbledhin ato.”
Projekti VELOCE
Anderson tani ka udhëhequr një ekip shkencëtarësh për të bërë pikërisht këtë me projektin VELOcities of CEpheids (VELOCE), një bashkëpunim i madh që gjatë 12 viteve ka mbledhur më shumë se 18,000 matje me precizion të lartë të 258 shpejtësive radiale të Cepheideve duke përdorur spektrografë të avancuar midis 2010 dhe 2022. Kërkimi i tyre është publikuar në revistën Astronomy & Astrophysics.
“Kjo bazë të dhënash do të shërbejë si një ankor për të lidhur vëzhgimet e Cepheideve nga teleskopë të ndryshëm gjatë kohës dhe shpresojmë të frymëzojë studime të mëtejshme nga komuniteti,” thotë Anderson.
VELOCE është fryti i një bashkëpunimi ndërmjet EPFL, Universitetit të Gjenevës dhe KU Leuven. Ai bazohet në vëzhgimet nga teleskopi zviceran Euler në Kili dhe teleskopi flamand Mercator në La Palma. Anderson e filloi projektin VELOCE gjatë doktoraturës së tij në Universitetin e Gjenevës, e vazhdoi atë si postdoktor në SHBA dhe Gjermani, dhe tani e ka përfunduar në EPFL. Student i doktoraturës i Anderson, Giordano Viviani, ishte instrumental në realizimin e lëshimit të të dhënave VELOCE.
Zbërthimi i mistereve të Cepheideve me precizion të avancuar
“Precizioni i mrekullueshëm dhe stabiliteti afatgjatë i matjeve kanë mundësuar njohuri të reja interesante për mënyrën se si pulsojnë Cepheidet,” thotë Viviani. “Pulsimet çojnë në ndryshime në shpejtësinë e vijës së shikimit deri në 70 km/s, ose rreth 250,000 km/h. Ne kemi matur këto variacione me një precizion tipik prej 130 km/h (37 m/s), dhe në disa raste deri në 7 km/h (2 m/s), që është afërsisht shpejtësia e një ecjeje të shpejtë të njeriut.”
Për të marrë matje kaq të sakta, studiuesit e VELOCE përdorën dy spektrografë me rezolucion të lartë, të cilët ndajnë dhe matin gjatësitë e valëve në rrezatimin elektromagnetik: HERMES në hemisferën veriore dhe CORALIE në hemisferën jugore. Jashtë VELOCE, CORALIE është i famshëm për gjetjen e ekzoplanetëve dhe HERMES është një punëtor i astrofizikës yjore.
Dy spektrografët zbuluan zhvendosje të vogla në dritën e Cepheideve, duke treguar lëvizjet e tyre. Studiuesit përdorën teknika të avancuara për të siguruar që matjet e tyre ishin të qëndrueshme dhe të sakta, duke korrigjuar për çdo devijim instrumental dhe ndryshime atmosferike.
“Ne masim shpejtësitë radiale duke përdorur efektin Doppler,” shpjegon Anderson. “Ky është i njëjti efekt që policia përdor për të matur shpejtësinë tuaj, dhe gjithashtu efekti që njihni nga ndryshimi i tonit kur një ambulancë afrohet ose largohet nga ju.”
Vëzhgimet VELOCE gjurmojnë zgjerimin dhe tkurrjen e yjeve Cepheid me një precizion të paprecedentë. Në të majtë: spektret e vëzhguara të arketipit Cepheid Delta Cephei ndërsa ato ndryshojnë në gjatësinë e valës për shkak të pulsimeve. Në të djathtë: kurba e shpejtësisë radiale e matur nga VELOCE, me madhësinë e ndryshueshme të yllit të treguar (jo në shkallë) duke përdorur simbole në formë ylli.
Valle e çuditshme e Cepheideve
Projekti VELOCE zbuloi disa detaje fascinante rreth yjeve Cepheid. Për shembull, të dhënat VELOCE ofrojnë pamjen më të detajuar deri tani për progresionin Hertzsprung – një model në pulsimet e yjeve – duke treguar dy kulme të dyfishta që nuk ishin njohur më parë dhe do të ofrojnë të dhëna për të kuptuar më mirë strukturën e Cepheideve kur të krahasohen me modelet teorike të yjeve pulsues.
Ekipi zbuloi se disa Cepheide tregojnë variabilitet kompleks dhe të modulueshëm në lëvizjet e tyre. Kjo do të thotë se shpejtësitë radiale të yjeve ndryshojnë në mënyra që nuk mund të shpjegohen nga modelet e thjeshta dhe të rregullta të pulsimit. Me fjalë të tjera, ndërsa do të prisnim që Cepheidet të pulsonin me një ritëm të parashikueshëm, të dhënat VELOCE zbulojnë variacione shtesë dhe të papritura në këto lëvizje.
Këto variacione nuk janë të konsistente me modelet teorike të pulsimit të përdorura tradicionalisht për të përshkruar Cepheidet. “Kjo sugjeron se ka procese më të ndërlikuara që ndodhin brenda këtyre yjeve, si ndërveprime midis shtresave të ndryshme të yllit, ose sinjale shtesë (jo radiale) të pulsimit që mund të paraqesin një mundësi për të përcaktuar strukturën e yjeve Cepheid me asteroseismologji,” thotë postdoktor i Anderson, Henryka Netzel. Detajtimet e para të këtyre sinjaleve bazuar në VELOCE raportohen në një punim shoqërues (Netzel et al., në shtyp).
Sistemet binare
Studimi gjithashtu identifikoi 77 yje Cepheid që janë pjesë e sistemeve binare (dy yje që rrotullohen rreth njëri-tjetrit) dhe gjeti 14 kandidatë të tjerë. Një punim shoqërues i udhëhequr nga nxënës i mëparshëm i Anderson, Shreeya Shetye, përshkruan këto sisteme në detaje, duke shtuar në kuptimin tonë se si këta yje evoluojnë dhe ndërveprojnë me njëri-tjetrin.
“Ne shohim se rreth një në tre Cepheidë ka një shoqërues të padukshëm, prania e të cilit mund të përcaktohet nga efekti Doppler,” thotë Shetye.
“Kuptimi i natyrës dhe fizikës së Cepheideve është i rëndësishëm sepse ato na tregojnë për mënyrën se si evoluojnë yjet në përgjithësi, dhe sepse ne mbështetemi te ato për të përcaktuar distancat dhe shkallën e zgjerimit të universit,” thotë Anderson. “Për më tepër, VELOCE ofron kontrollet më të mira të disponueshme për matje të ngjashme por më pak të sakta nga misioni ESA Gaia, i cili eventualisht do të kryejë anketën më të madhe të matjeve të shpejtësisë radiale të Cepheideve.”
Më shumë informacion: Richard I. Anderson et al, VELOcities of CEpheids (VELOCE). I. High-precision radial velocities of Cepheids, Astronomy & Astrophysics (2024). DOI: 10.1051/0004-6361/202348400. www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202348400
Zhurnali ku u botua: Astronomy & Astrophysics
