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Be Star - BeSS database

Le nuove tecniche per studiare e comprendere la natura di tanti fenomeni celesti.

Messaggioda Paolo » 21 set 2012, 11:43

L'acronimo BeSS sta per Be Star Spectra, ovvero spettri di speciali stelle attive denominate "Be". Vorrei affrontare l'argomento menzionando le forme di collaborazione "pro-am" (professional-amateur) che in questo settore sono particolarmente evolute. Tra le collaborazioni, ormai tutte in costante crescita, mi vengono in mente i piu' svariati campi di interesse come il monitoraggio delle superfici planetarie, le misure del flusso luminoso di stelle variabili, la scoperta di supernovae, le occultazioni e le misure di posizione dei corpi del sistema solare. Ma non e' tutto, ce ne sono tante altre, perfino la ricerca nel profondo cielo per mezzo delle cosiddette "Ultra-deep exposures" (non deve sembrare strano perche'l'astrofilo riesce talvolta ad andare piu' "profondo" delle varie survey professionali che hanno scandagliato l'intera volta celeste).

La "forza" delle osservazioni amatoriali, e' noto, deriva dalla capillare dislocazione dei siti osservativi e dalla capacita' virtualmente infinita (a livello globale) visto che non si hanno vincoli sui tempi e sui target come accade con gli osservatori professionali.

Per la mia piccolissima esperienza trovo che sia davvero straordinaria la collaborazione pro-am nel campo delle misure astrometriche dei corpi minori. Si viene letteralmente catapultati in un contesto professionale (IAU Minor Planet Center) dove le proprie osservazioni concorrono nella definizione delle orbite quanto quelle dei piu' importanti osservatori astronomici.

La spettroscopia e' un altro campo che non fa eccezione. Infatti, grazie alla notevole evoluzione degli strumenti amatoriali e delle tecniche, le attivita' pro-am si sono moltiplicate fino ad avere oggi una serie di campagne di ricerca che fanno sistematicamente uso di osservazioni amatoriali. Ad esempio vengono studiati soggetti che si trovano in un particolare momento come il periastro in un sistema binario (a livello spettrale avvengono grossi cambiamenti), stelle variabili in fase di outburst, novae e supernovae, ecc. Puo' sembrare strano ma sono gli stessi astronomi che, conoscendo i risultati ottenibili oggi con strumentazioni amatoriali, "chiamano" gli astrofili durante la pianificazione delle campagne osservative.

Il campo dove eccelle il contributo amatoriale e' probabilmente lo studio delle stelle di tipo "Be". Sono stelle molto particolari perche' mostrano, per un periodo limitato nel tempo e su scala assai variabile (a seconda dei casi), forti cambiamenti nello spettro dovuti alla formazione e all'evoluzione di un disco di gas e polveri sul piano equatoriale. La definizione classica e' quella di stelle appartenenti alla classe spettrale B (azzurre, molto calde), non supergiganti, il cui spettro mostra una o piu' righe dell'idrogeno in emissione (anziche' in assorbimento). La "e" dopo la classe spettrale sta appunto per "emission".

Queste stelle attive sono tuttora oggetto di studio in quanto l'origine del disco, la geometria e i meccanismi per cui si forma non sono ancora oggi completamente compresi. Per la formazione del disco si ipotizza il concorso di una veloce rotazione della stella (effetti di forza centrifuga) ma questa condizione da sola non e' sufficiente per avviare il processo di espulsione di materia. Si pensa ad una concomitanza di fattori tra cui il campo magnetico e le pulsazioni non radiali (alcune parti della superficie stellare si muovono verso l'interno, altre contemporaneamente verso l'esterno).

Achernar2.jpg

Achernar, alfa Eridani, e' la stella Be piu' luminosa dell'intera volta celeste (mag V 0.5). Notare l'elevato schiacciamento della stella per effetto della rapida rotazione (250-300 Km/s all'equatore). La rappresentazione artistica e' basata su osservazioni condotte con l'interferometro del Very Large Telescope.

Va detto anche che gli spettri sono a volte difficili da interpretare se si considera che molte caratteristiche "normali" sono mascherate dalle emissioni. Per questo motivo vengono svolti, quando possibile, studi approfonditi anche durante la fase di "quiescenza".

Al termine della fase attiva le righe di emissione scompaiono e lo spettro torna ad essere simile a quello di una normale stella di classe B (con righe di assorbimento). Al momento non e' noto come una stella di tipo B possa diventare Be e non sappiamo se tutte le stelle B sono state o diventeranno prima o poi di tipo Be.

Perche' gli astrofili possono dare un valido contributo? Prima di tutto perche', per nostra fortuna, le stelle Be sono luminose! Circa 175 stelle hanno magnitudine inferiore alla 6a, 300 inferiore alla 7a e 500 sotto mag 8. Siamo cioe' alla portata di uno spettroscopio ad alta risoluzione utilizzato su un telescopio di apertura media (20 cm). E' comunque utile lavorare con qualunque risoluzione. Uno spettro a bassa dispersione potra' servire per il controllo di eventuali outburst, stato che si rileva visionando le righe dell'idrogeno della serie di Balmer. Spettri a medio-alta risoluzione permettono invece di ottenere ulteriori informazioni tra cui lo stato fisico-chimico, l'orientamento (geometria) e le dinamiche del sistema.

Questo disegno illustra come varia il profilo della riga a seconda del punto di vista del sistema (Slettebak 1988):

Be_05_modeleBe.png

Il profilo risultante e' la combinazione di assorbimenti ed emissioni, generato nelle Be secondo il principio schematizzato nella seguente figura (Kogure & Hirata, 1982):

Be_04_figures2.png

Torniamo ora all'attivita' amatoriale e al favoloso sistema che astronomi ed astrofili, insieme, hanno creato per organizzare la raccolta dei dati osservativi.

Nel 2006 nasce, a cura del "LESIA laboratory of the Observatoire de Paris-Meudon", il database "Be Stars Spectra" (BeSS).

http://sf2a.cesr.fr/Proceedings/sf2a200 ... .0538N.pdf

E' un potente sistema informatico, su piattaforma web, che permette l'archiviazione e la gestione degli spettri mediante query. A monte e' stato necessario definire i requisiti qualitativi ed un formato standard basato sul Flexible Image Transport System (FITS). Nel caso degli spettri, il file con estensione fits (o fit) non contiene una immagine bidimensionale ma solo due serie di dati (lunghezza d'onda ed intensita'). In comune con gli altri tipi di fit files abbiamo invece l'header in formato ASCII contenente i metadati. Questi servono per il reperimento di informazioni importanti che riguardano l'osservazione (data e ora di ripresa, luogo, nome dell'osservatore, strumenti utilizzati, pre-trattamenti effettuati ecc.).

Allo start-up del database nessuno poteva immaginare che nel giro di qualche anno, ovvero gia' nel 2009, si sarebbe raggiunto quota 10000 spettri amatoriali! Questo grazie all'entusiasmo di decine di astrofili ed alla diffusione di validi strumenti come il Lhires III ed altri modelli autocostruiti. Una statistica mostra come abbiano operato strumenti di vario tipo, con aperture da 8 a 50 centimetri. Finora una ventina di pubblicazioni professionali hanno fatto uso di spettri amatoriali archiviati nel BeSS. Svariati spettri di stelle Be sono stati utilizzati anche come supporto a terra per la missione del satellite COROT nel settore della fisica delle stelle Be (http://arxiv.org/pdf/1101.0740.pdf).

Questo e' l'indirizzo per l'accesso al database:
http://basebe.obspm.fr/basebe/

bess.jpg

Il sito ArasBeAM, basato sui dati archiviati nel database BeSS, e' stato invece sviluppato come interfaccia "amatoriale" e serve a coordinare le osservazioni. Ad esempio segnala quali sono gli oggetti che necessitano di spettri (perche' e' passato molto tempo dall'ultima osservazione oppure perche' sono in fase di outburst). In questo modo viene garantita una regolare copertura osservativa per tutti i target.

L'indirizzo per ArasBeAM:
http://arasbeam.free.fr/

arasbeam.jpg

Entrambi i siti sono di libero accesso. E' possibile sia visualizzare i profili, sia scaricare i files fits. Chi intende contribuire con i propri spettri deve sottoporre alcuni lavori all'attenzione degli amministratori per verificare se il livello qualitativo degli spettri soddisfa i requisiti stabiliti. In caso negativo i preposti al controllo sono comunque disponibili ad indirizzare l'osservatore verso i metodi corretti per ottenere un valido risultato. Nulla di particolarmente difficile, tuttavia e' richiesto un minimo di attenzione per far si' che i dati siano consistenti.

Uno dei requisiti fondamentali e' che le immagini bidimensionali usate per estrarre il profilo siano state trattate con dark/flat/offset ed i profili siano stati corretti per la risposta strumentale. Le operazioni di "rifinitura" dei profili sono opzionali. Ovvero la rimozione delle righe atmosferiche terrestri (righe telluriche) e la correzione per lo spostamento Doppler dovuto al movimento della terra (heliocentric speed). E' invece molto importante compilare i metadati nell'header del fit. Per questo ci vengono in aiuto diversi applicativi per l'elaborazione degli spettri.

Il pacchetto software Visual Spec di Valerie Desnoux ha un apposito tool che aiuta anche a verificare la bonta' dello spettro prima di inserirlo nel database BeSS. Se il range spettrale comprende delle righe telluriche, VSpec le usa per verificare la correttezza della calibrazione in lunghezza d'onda. Vengono inoltre caricati (se presenti) gli ultimi due spettri nel database e cio' consente, in assenza di grosse variazioni intrinseche, un controllo di coerenza del proprio spettro.

Vspec_BeSS.jpg

Come si vede, il sistema (database e tools connessi) e' robusto, segno che e' stato pianificato ad hoc grazie alla grande esperienza di un gruppo di astrofili e al contributo dei professionisti. Oggi si e' arrivati ad oltre 72000 spettri di stelle Be, con il 60% circa proveniente da osservatori professionali ed il 40% da amatori. Sono registrati 83 account (osservatori) di cu 34 astronomi e 50 astrofili. I siti osservativi sono, come e' prevedibile, "addensati" in Francia ma ce ne sono in tutto il mondo, compresa Australia e Stati Uniti. In Italia, ahime', siamo solo io e il nostro Marco Leonardi di Milano che mi ha preceduto di circa un anno ed ha fatto tutto da solo (bravo Marco, sei un vero pioniere!). Io ho invece avuto la fortuna di partecipare al workshop presso l'OHP dove ho avuto un eccellente supporto (anche di di chi ha progettato il database).

Alcuni dei nostri primi contributi nel BeSS. Gli spettri sono centrati sulla riga dell'idrogeno H-alfa, il piu' importante indicatore di attivita' della stella:

Be_PM.jpg

Speriamo di poter proseguire in questa affascinante ed appagante attivita'. Faccio notare che nel database sono presenti anche spettri ottenuti con il reticolo Star Analyser 100, uno strumento semplice ma efficace. Cio' deve rappresentare uno stimolo anche per coloro che si avvicinano alla spettroscopia e non dispongono di sofisticati strumenti. Io e Marco siamo a disposizione, nei limiti della nostra esperienza, per approfondire l'argomento e supportare chi volesse intraprendere questo tipo di osservazioni.

Ciao ciao
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Messaggioda andreabelli » 21 set 2012, 12:33

Bellissimo intervento e di straordinario interesse, a ulteriore conferma che anche l'astrofilo "normale" (alcuni addirittura hanno fornito spettri con strumenti da soli 8 cm...!) può concorrere nell'attività di ricerca.

Purtroppo questo non è il mio caso, mi manca così tanto il tempo che riesco a malapena a riprendere i principali oggetti celesti per potermi dedicare ad altro...inoltre, la mia preparazione diciamo "scientifica" fa acqua da tutte le parti, perciò riconosco i meriti e rispetto molto chi si dedica con passione a campi diversi da quello prettamente contemplativo.

Quindi, avanti così ragazzi che andate forte!!! :ymhug:
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Messaggioda piero » 21 set 2012, 12:42

:-O :-o :-o :-o :-o :-o
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Messaggioda Paolo Maria Ruscitti » 22 set 2012, 14:34

Grande Paolo! Ho letto varie cose sulle Be, soggetti assolutamente interessanti per l'astrofisica evolutiva e che mi interessano particolarmente. COme sai sto mettendo a punto il 200/1200, mi ci vorrà ancora un po' poiché i due piccoletti di casa mi impegano oltre modo, ma appena pronto inizierò qualche attività con Star Analyser per poi vedere come far evolvere la cosa. Intanto i complimenti a te e a Marco sono scontanti e spero quanto prima di entrare a fare parte della "ciurma"!
Grazie a voi!
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Messaggioda marcoleo » 22 set 2012, 16:36

Paolo,
complimenti come sempre per le tue dettagliate relazioni e grazie per le tue parole.
Effettivamente le Be star sono oggetti estremamente affascinanti e che danno notevoli soddisfazioni anche a noi amatori che sicuramente non disponiamo di attrezzature professionali come lo spettrografo Sophie ed il telescopio T193 che tu hai avuto modo di visitare presso quel fantastico osservatorio francese.

Io mi sono quasi da subito appassionato della spettroscopia, ed in particolare delle Be star. Sono circa passati due anni da quando possiedo un telescopio. Praticamente non ho mai fatto foto, o meglio ne avrò fatto non più di una decina perchè subito la spettroscopia ha preso il sopravento. Mi diverto dal balcone di casa dal quale come sai osservo solo una piccola fetta di cielo. Inoltro vivo nell'interland milanese in una zona piena di inquinamento luminoso e sotto casa mia passa la metropolitana di Milano linea verde circa ogni mezz'ora.
Dico tutto ciò per cercare di trasmettere il messaggio che questa passione della spettroscopia, ed in particolare delle Be Star è estremamente alla portata di tutti ed è incredibile quanto sia gratificante anche con pochi mezzi. Approfitto anche per ringraziare te che in questo ultimo anno mi hai dato tanti consigli, ma anche tutti i membri di Quasar che si occupano di astrofotografia perchè ho imparato molto anche da loro.

Durante queste notti sto osservando il sistema binario Beta Lyrae.

Questo sistema binario è una variabile a eclisse: il piano orbitale delle due stelle è visto di taglio, e le due stelle si nascondono a vicenda regolarmente. La stella primaria di questo sistema binario è classificata come una gigante di tipo B7Ve e probabilmente ha una massa di circa due volte la massa del Sole. La stella secondaria
sembra "invisibile" anche se la sua massa è molto più elevata: 12 volte quella del Sole. La stella secondaria è probabilmente nascosta da un anello di materia (un toro) orbitante attorno ad essa. Il periodo orbitale attorno ad un comune baricentro (baricentro orbitale) è di circa 13 gg

Eclipsing_binary_star_animation_3.gif
Eclipsing_binary_star_animation_3.gif (802.74 KiB) Osservato 5266 volte


Le linee di emissione dell'elio sono quindi variabili perchè le due stelle si eclissano a vicenda e quindi le linee di emissione si presentano in modo differente in funzione della fase dell'orbita. Mentre la variabilità delle linee di emissione dell'idrogeno è dovuta al fatto che la Be-star è la stella secondaria che presenta questo disco molto spesso, disco che viene eclissato dalla stella primaria (classe B6).

sistema binario.jpg


Ieri notte ho preso lo spettro centrando l'emissione dell'idrogeno H alpha, ma si vede anche l'emissione del picco dell'elio a dx di H alpha per chi vede lo spettro:

spettro bet Lyr.jpg


Lo spettro è la media di 10 spettri da 240''/spettro meno 10 dark di pari tempo di integrazione. Non ho fatto flat e neanche bias :ymblushing: :D

Dopo aver mediato e sottratto il dark medio ho importato lo spettro in Iris e lì ho corretto il tilt (praticamente ho reso orizzontale lo spettro) e poi ho sotratto il fondo cielo. Poi sono passato in Vspec dove ho importato lo spettro elaborato in Iris e lì ho estratto il profilo, ho calibrato la lunghezza d'onda corretto la risposta strumentale (il mio ccd è una vecchissima MX916) e quindi ho ottenuto il profilo dove si vedono le linee di emissione di H alpha ed Elio:

Emissione idorgeno e elio.jpg


dopodichè ho inserito i tags per caricare lo spettro nel BeSS database con la speranza che me lo approvino (non sempre approvano...mi hanno bocciato spettri alcune volte per varie ragioni).

Le prossime notti andrò a vedere la stessa Be Star e farò altri spettri per vedere in che fase orbitale si trovano le due stelle, forse dovrei vedere qualcosa che varia nell'emissione dell' He perchè già in questo spettro fatto ieri notte si osserva il picco che si sta dividendo. MA siccome il mio spettroscopio è di media risoluzione può essere che io non abbia sufficiente risoluzione per notare differenze, ma tu Paolo sicuramente si perchè hai un reticolo con 2400 linee/mm mentre io solo 600 :((

Un forte abbraccio a te e a chi legge ! :ymhug:
Marco
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Messaggioda Paolo » 23 set 2012, 20:25

Grazie davvero a tutti! Spero che topic del genere vengano presi per il verso giusto... Vorrei cioe' che il resoconto di attivita' come questa rappresentasse uno stimolo per un potenziale nuovo approccio, anche a lunghissimo termine se necessario, e non che fosse un deterrente per la complessita'. Scusate quindi se non riesco ad esprimermi in modo semplice...

Come mi e' capitato di dire altre volte, la "ricerca scientifica" e' un gran parolone. Non credo si possa fare con una manciata di osservazioni spettroscopiche ma c'e' bisogno del contributo di tanti osservatori e del supporto degli astronomi. Volevo sottolineare che cio' che alimenta la mia passione e' principalmente il poter sperimentare in prima persona, proprio come ho sempre fatto con la fotografia astronomica. Per esempio e' stato molto emozionante rilevare la nube vulcanica di sodio attorno al satellite gioviano Io, anche se cio' non e' legato ad alcun tipo di ricerca scientifica. Idem lo "sdoppiamento" di una binaria spettroscopica o la misura dei gas in espansione di una supernova. Sembra assurdo ma con lo spettroscopio si puo' anche "pesare" una galassia... Grazie alle nuove tecnologie queste, ma anche moltissime altre, sono esperienze secondo me molto interessanti ed appaganti che annovero senz'altro nella categoria che Andrea definisce "contemplativa".

Se poi le nostre osservazioni non rimangono nel cassetto ma possono essere utilizzate dai professionisti, tanto meglio! Tuttavia la "leva" della passione non coincide esattamente con questo, almeno nel mio caso. Il contatto con la comunita' internazionale di spettroscopisti (amatori) mi ha ovviamente stimolato ed ha fatto si' che venissi coinvolto in diverse campagne osservative. Quindi ora la mia attivita' comprende anche la condivisione "programmata" dei risultati osservativi. D'altra parte, come si dice, l'unione fa la forza!

Quindi Andrea, non e' affatto detto che alla fine della "digestione" tu possa trovare interessante sperimentare anche in questo campo (naturalmente io lo spero)! Poi, da un astrofilo a 360 gradi come te, che vola dai disegni della Luna e dei pianeti alle riprese del profondo cielo, non mi stupirebbe affatto.

Paolo, non vedo l'ora che cominci anche tu, soprattutto perche' mi spiegherai qualche concetto di astrofisica (che egoista che sono!).

Marco, hai descritto veramente bene la tua passione. Lasciami dire che ha dell'incredibile il tuo passaggio "immediato" alla spettroscopia. Cio' comunque la dice lunga sul suo fascino...

Il sistema di Beta Lyrae e' stupendo! Tra l'altro la binarieta' e' uno dei fattori (probabilmente molto complicante) in gioco per diverse stelle Be. Continua a seguirla e nota che ci sono due righe di assorbimento, appartenenti alla stella non nascosta dalle polveri, che si muovono periodicamente con la fase. Il loro spostamento per effetto Doppler e' misurabile anche in spettri a media risoluzione. Guarda qui sotto il raffronto tra lo spettro di Sheliak e quello di altre due stelle (Vega e gamma lyr). Ho Aggiunto anche il tuo spettro e sembra che nel momento in cui lo hai preso la Vr era non percettibile. Misurando la posizione delle righe potresti fare un grafico che mostra il periodismo della binaria (dovresti pero' seguirla per diversi giorni).

B_lyr.jpg

A presto!
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Messaggioda marcoleo » 25 set 2012, 1:16

Grazie Paolo,
avevo notato quelle due righe di assorbimento ma mi stavo concentrando di più sullo sdoppiamento del picco di emissione dell'He. Qui sotto i profili dei due spettri di beta Lyrae, quello che ho preso il 21 e quello che ho appena finito di riprendere questa notte, e si vede una variazione del picco dell'He.

evoluzione 4 gg.jpg


sono passati pochi gg e già si vede l'evoluzione di questo fantastico sistema binario ! Ho letto sul libro della Margherita Hack (Notte di stelle) che forse la compagnia invisibilea causa della sua grande massa debba essere addirittura un buco nero, quindi il picco di emissione dell'idrogeno alpha potrebbe essere emesso proprio dal toroide che avvolge il buco nero :-o .


Ciao,
Marco
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Messaggioda maxcaimmi » 25 set 2012, 2:26

Avevo iniziato a leggere questo argomento qualche giorno fa, interrotto piu volte dalle cose familiari e terminato di leggere solo alle 2 di stanotte!
Che dire... argomento ed interventi interessantissimi.
Le ore non bastano mai, e gli impegni sono sempre di piu... chissa, magari un giorno potro dedicarmici anche io.
Per ora posso solo farvi tanti complimenti... per l'impegno, per i risultati ma sopratutto per la contagiosa passione che ci mettete! :ymapplause:
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