Astronomiczny Obiekt Miesiąca: Czerwiec 2020

< poprzedni Archiwum następny >

Pulsujące niebieskie podkarły i planety, których nie ma

W latach 2011 i 2014 pojawiły się doniesienia, że dwa pulsujące podkarły typu sdBV obserwowane przez Kosmiczny Teleskop Keplera, KIC 5807616 i KIC 10001893, mogą być okrążane przez planety pozasłoneczne na ciasnych orbitach. Jednak nowa analiza domniemanych sygnatur planetarnych odkrytych w krzywych zmian blasku tych gwiazd dowodzi, że wokół nich nie ma planet. W badaniach brał udział profesor Jerzy Krzesiński z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie oraz jego doktorant, mgr Adam Blokesz z Uniwersytetu Pedagogicznego im. Ken w Krakowie (JK&AB).


Gwiazdy sdBV to tak zwane pulsujące niebieskie podkarły typu B, a więc gwiazdy z tzw. ekstremalnej gałęzi horyzontalnej diagramu Hertzsprunga-Russella (H-R), "spalające" hel w swoich jądrach. Na diagramie H-R gwiazdy sdB znajdują się poniżej gwiazd ciągu głównego, blisko blisko gałęzi białych karłów. Podkarły typu B powstają z gwiazd o masach zbliżonych do masy Słońca, gdy zdarzy im się utracić większość wodoru z zewnętrznych otoczek zanim w ich wnętrzach dojdzie do "błysku helowego" (określenie gwałtownego początku reakcji syntezy helu do węgla i tlenu). Taki scenariusz ewolucji gwiazdowej przytrafia się zaledwie 1% do 2% gwiazd znajdujących się w fazie czerwonego olbrzyma. Gdy tak się stanie, gwiazda nie przechodzi dalszego etapu ewolucji, jakim jest wejście na asymptotyczną gałąź olbrzymów diagramu H-R, lecz bezpośrednio z ekstremalnej gałęzi horyzontalnej podąża w kierunku gałęzi białych karłów.

Wcześniejsze publikacje na temat domniemanych planet wokół KIC 5807616 i KIC 10001893 były oparte na sygnałach wykrytych w obszarach niskich częstotliwości transformat Fouriera (FT) ich krzywych zmian blasku. Wskazywano wówczas między innymi, że żadna kombinacja częstotliwości modów pulsacyjnych tych gwiazd nie odpowiada częstotliwościom obserwowanym w FT. Autorzy prac wnioskowali na tej podstawie, że należy je przypisać kolejnym egzoplanetom w naszej Galaktyce (liczba znanych egzoplanet w ubiegłym roku przekroczyła już 4000).

Argumentacja autorów może wydać się przekonująca, lecz łatwo można przedstawić także argumenty “przeciw”. Niebieskie podkarły to gwiazdy gorące, o niewielkich masach (rzędu połowy masy Słońca), które przeszły etap czerwonego olbrzyma. Wobec tego hipotetyczne egzoplanety krążące wokół tych gwiazd musiałyby przetrwać fazę czerwonego olbrzyma swej gwiazdy macierzystej. Naukowcy nie sądzą jednak, by było to proste. Dodatkowym argumentem przeciwko takim ocalałym po tej fazie planetom jest brak obserwacji wskazujących na istnienie planet krążących wokół białych karłów - będących ostatnia fazą ewolucji większości gwiazd. Tym niemniej nie ma pewności, że takie egzoplanety faktycznie nie mogą istnieć. Być może są po prostu bardzo rzadkie.

Dzięki zastosowaniu szeregu technik redukcji danych i symulacji krzywych zmian blasku gwiazd naukowcy są jednak w stanie opisywać sygnały niskoczęstotliwościowe ich krzywych blasku w sposób jakościowy. Metody te obejmują m.in. techniki określania amplitudy sygnałów FT i stabilności częstotliwości sygnału w czasie w transformacie Fouriera. Tego typu badania umożliwiły w tym przypadku rozróżnienie pomiędzy stabilnymi sygnałami mogącymi faktycznie pochodzić od planet, a sygnałami, które nie są związane z planetami.

Celem zespołu JK&AB było dokładnie określenie cech i źródeł słabych sygnałów niskoczęstotliwościowych obserwowanych w krzywych zmian blasku omawianych podkarłów. Astronomowie przeanalizowali dane z satelity Kepler z użyciem transformaty Fouriera, a następnie porównali swoje wyniki z transformacjami Fouriera dla symulowanych krzywych zmian blasku dla tych samych gwiazd, do których sztucznie dodali typowe sygnały egzoplanetarne. Symulacje pokazały, że słaby sygnał o stałej amplitudzie i częstotliwości (pochodzący od hipotetycznej planety), po dodaniu go do krzywej zmian blasku gwiazdy, zachowuje częstotliwość w widmie amplitudy FT z dokładnością do 0,03 μHz. Tymczasem sygnały wskazane przez autorów wcześniejszych prac zmieniają częstotliwości w znacznie większym zakresie.

Z badań JK&AB wynika również, że amplitudy sygnałów, które znaleziono w regionie niskich częstotliwości, zależą od metod przygotowywania i opracowania danych CCD z teleskopu Keplera. Wykazano na przykład, że użycie gwiazdy porównania do redukcji danych (co w przypadku danych z kosmicznego teleskopu wydawać się może dziwne) pozwala znacznie obniżyć szumy w niskich częstotliwościach i wykluczyć sztucznie generowane sygnały podczas redukcji danych CCD innymi metodami.

Na podstawie tych wyników symulacji JK&AB oceniają, że dwa charakterystyczne, niskoczęstotliwościowe sygnały w krzywych blasku KIC 5807616 są najprawdopodobniej wynikiem zdudnienia modów pulsacyjnych tej gwiazdy. W przypadku KIC 10001893 obserwowane amplitudy sygnałów zależą od użytych danych obserwacyjnych oraz samych metod redukcji. Np. jeden z najsilniejszych "egzoplanetarnych" sygnałów opisywany we wcześniejszych pracach, znacznie zmniejsza swą amplitudę, gdy do redukcji danych jako gwiazdę porównania wykorzysta się gwiazdę KIC 10001898 – sąsiadkę gwiazdy sdBV KIC 10001893.

Podsumowując - odkrycia planet wokół KIC 5807616 i KIC 10001893 tym razem nie udało się potwierdzić.




Oryginalna publikacja: A. Blokesz, J. Krzesinski, L. Kedziora-Chudczer, Analysis of putative exoplanetary signatures found in light curves of two sdBV stars observed by Kepler, Astronomy & Astrophysics, 2019.


Przedstawione wyniki są częścią badań prowadzonych w Zakładzie Astronomii Gwiazdowej i Pozagalaktycznej Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego. Zostały uzyskane przy finansowym wsparciu Narodowego Centrum Nauki w ramach grantu 2017/25/B/ST9/00879.




Kontakt:

Jerzy Krzesiński Obserwatorium Astronomiczne UJ J.Krzesinski [at] oa.uj.edu.pl