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Stelle rosse e simbiotiche

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

Messaggioda Flavio » 14 mar 2020, 18:33

Nel mese di febbraio, all’Osservatorio del Monte Baldo, beneficiando delle molte serate serene, abbiamo ottenuto una gran quantità di spettri (solo coll’Alpy visto che l’Atik 460 è in riparazione dall’inizio di febbraio da quegli “speedy gonzales” della Atik :(( ).
L’idea era quella di lavorare su stelle abbastanza brillanti di diverse classi spettrali da utilizzare poi come “allenamento” per un gruppetto di soci della nostra associazione che stanno imparando ad utilizzare Isis.
Elaborando gli spettri mi sono peraltro reso conto di quante cose interessanti si possono notare su oggetti che ingiustamente avevamo (e avevo) un po’ snobbato, per dedicarci a cose più “esotiche”.
Ho pensato che potrebbe essere un argomento di conversazione interessante, magari per approfondire la conoscenza delle varie classi spettrali, e dei meccanismi che portano alle peculiarità che si osservano, specie per chi (come me per esempio) non ha una formazione scolastica collegata a fisica, astronomia e chimica.
Ecco lo spettro in bassa risoluzione di Betelgeuse, classificata come M1-M2 Sono evidenti le bande di assorbimento di ossido di titanio che rendono difficile (a queste risoluzioni) vedere le altre righe di assorbimento (come ad esempio Hbeta, il tripletto del magnesio 5167-5184 o il doppietto del sodio a 5890-96.

Betelgeuse_ 20200219.png


Guardando lo spettro delle M si vede che il le bande di assorbimento hanno la “testa” verso il blu; ovvero l’assorbimento è maggiore sulla banda dalla parte blu e poi va diminuendo verso il rosso

Betelgeuse.jpg


Anticipo (ma ne riparlerò guardando le stelle al carbonio) che quelle hanno invece la “testa” nel rosso, come risulta evidente nello spettro qui sotto di Y CVN (e questo tipo di bande non sono dovute ad ossido di titanio ma a C2).

Y CVN -S.jpg


Qui sotto una serie di spettri di stelle fredde di classe M. Assieme a Betelgeuse che abbiamo già visto (profilo nero), abbiamo in azzurro CQ DRA di classe M3 e Delta Vir, (profilo viola) anch’essa di classe M3
Il profilo Ocra nocciola è invece della stella Su Lyn, che su Simbad è classificata M2, è in realtà molto più fredda, e lo si nota oltre i 6900 A dove l’emissione infrarossa si alza imponente. Un articolo Sul Monthly notices del 2016 (MNRAS 461, L1–L5 (2016)) la da di classe M5 8 III (Molto più credibile). Su Lyin ha un'altra caratteristica che in questo spettro non si può vedere.

Stelle M.png


E’ una simbiotica. Questo però lo si potrebbe notare solo nell’ultravioletto dove la SED (Spectral Energy Distribution o Distribuzione di energia spettrale) differisce da quella delle normali stelle M5-M6 (dato che ha un compagno caldo). Purtroppo l’efficienza del ALPY cala drasticamente sotto i 4000. Lo spettro di seguito mette a confronto la distribuzione di energia spettrale di SU Lyn a paragone di una normale M6.
Nell’Ultravioletto, dove la stella fredda sostanzialmente scompare, lo spettro della simbiotica si muove lineare. (Le misure dello Swift mostrano che la tendenza prosegue anche attorno ai 2000 A).

SU_Lyn Asiago.jpg


Ora, sappiamo che molte simbiotiche mostrano nello spettro righe di emissione, e non di rado oltre alle classiche righe dell’idrogeno della serie di Balmer Hα (6563 Ä), Hβ (4861 Ä), Hγ (4341 Ä)… troviamo righe a più alta ionizzazione, come il l’He II o addirittura [Fe VII] o [Ne VI] (La parentesi quadra indica che si tratta di righe proibite che possono apparire solo in condizioni di bassissima densità, quindi all’interno di nebulose, come ad esempio le planetarie). Nello spettro di Su Lyn a bassa risoluzione non appare però alcuna riga di emissione (In realtà, ad alta risoluzione, come si vede nell’immagine fatta con l’echelle di Asiago le emissioni ci sono, ma sono debolissime). Parlerò di questo, nel prossimo post, su Z AND.
Flavio
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Messaggioda tonyven » 14 mar 2020, 21:57

Lavoro molto ben fatto. Relazionare il lavoro fatto fà capire molte cose in più. Molto interessante. Mi raccomando, continuate così!
Saluti
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Messaggioda Paolo » 15 mar 2020, 13:33

Ciao Flavio, grazie per aver condiviso il vostro bellissimo report osservativo!

Hai ragione, troppo spesso siamo concentrati in target "esotici" dallo spettro complesso anche per gli specialisti! Trattare invece tanti tipi di spettri di stelle "normali" e' importante per costruire un'utilissima base di conoscenze (per noi amatori).

Riconoscere le bande di diverse molecole (testa verso il blu o verso il rosso), sapere che si presentano solo in spettri di stelle fredde perche' l'alta temperatura distrugge i legami molecolari, sapere a grandi linee perche' le righe di Balmer sono intense negli spettri di stelle calde ad una determinata temperatura e tante altre cose, fanno parte secondo me di un bagaglio culturale sicuramente alla portata dell'astrofilo.

A proposito della simbiotica, anche la differenza del continuo nell'ultravioletto vicino rispetto ad una stella "normale" potrebbe essere alla portata dell'amatore, ad esempio utilizzando uno strumento come l'UVEX3 di Tonino. C'e' da divertirsi...

Complimenti a tutti!

Paolo
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Messaggioda Max » 15 mar 2020, 14:51

Condivido il pensiero di tutti voi, sapere cosa si sta osservando e trattando è fondamentale,specialmente per noi neofiti, il problema è reperire queste informazioni, grazie per il vostro lavoro e potrei suggerire anche che sarebbe interessante creare un post o un capitolo nell'indice dove si tratta di questo argomento, cosa ne pensate?
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Messaggioda Flavio » 16 mar 2020, 23:58

Certo Massimo, sarebbe una bella idea. Io però conosco poco gli strumenti del forum. (So appena appena caricare i messaggi).

Anzi, domanda... c'è un modo di editare un messaggio in locale e poi caricarlo tutto assieme, comprese le immagini?
Flavio
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Messaggioda Flavio » 17 mar 2020, 0:05

Paolo ha scritto:A proposito della simbiotica, anche la differenza del continuo nell'ultravioletto vicino rispetto ad una stella "normale" potrebbe essere alla portata dell'amatore, ad esempio utilizzando uno strumento come l'UVEX3 di Tonino. C'e' da divertirsi... Paolo
.

Quella si che è una cosa "STRA" interessante. Ci sono diversi oggetti che sono alla portata di strumenti amatoriali. Certo che ci vuole un CCD anch'esso sensibile in quella banda.
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Messaggioda Paolo » 17 mar 2020, 13:19

Max, per quello che dici servirebbe secondo me un sito web ben strutturato. Questo e' principalmente un forum, suddiviso in varie sezioni e con possibilita' di ricerca. A differenza di un sito web, il forum e' interattivo, dinamico e soprattutto aperto ai contributi di tutti. L'ideale sarebbe averli entrambi (sito e forum) ma il tempo per aggiornare tutto poi chi ce l'ha?

Se i contributi sono veramente tanti, aiuterebbe una ulteriore suddivisione all'interno della sezione di spettroscopia (tipo ARAS). Ad oggi gli argomenti trattati sono molti, sebbene diluiti nel tempo. Vedremo...

Una buona alternativa e' cio' che vedi in home page, ovvero degli articoli a tema indicizzati nella pagina principale. Per adesso sono pochi ma siamo aperti a chiunque voglia proporre qualcosa.

Comunque a me piace vedere il bicchiere mezzo pieno... l'importante e' che le informazioni ci stanno! Poi sta a noi saperle trovare, organizzarle e tracciarle nei propri appunti in modo efficiente. Sara' che quando ho iniziato io non c'era nulla al di fuori dei primi testi francesi. Era difficile anche trovare interlocutori...

Anzi, domanda... c'è un modo di editare un messaggio in locale e poi caricarlo tutto assieme, comprese le immagini?

Flavio, purtroppo non lo conosco. Per i msg particolarmente lunghi io preparo off-line testo (sul blocco note) e immagini. Poi carico tutto.

Quella si che è una cosa "STRA" interessante. Ci sono diversi oggetti che sono alla portata di strumenti amatoriali. Certo che ci vuole un CCD anch'esso sensibile in quella banda.

Infatti... ho visto spettri di C.Buil incredibili per quanto "affondano" nell'UV. La buona notizia e' che l'UVEX sta per essere commercializzato (housing non stampato in plastica ma di metallo). La notizia naturamente e' buona a patto che il prezzo di vendita non sia esorbitante! ;)

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Messaggioda Max » 17 mar 2020, 15:03

Grazie Paolo, si in fondo basta che ognuno di noi condivida le info che ha e si cresce pian piano.
A proposito di UVEX, sicuramente il prezzo sarà adeguato alle politiche commerciali...pensa che il mio case del LoW Spec è pronto ma non posso andarlo a prendere :(
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Messaggioda Flavio » 19 mar 2020, 1:48

Eccomi qui di nuovo con un altro oggetto interessante; restiamo sulle simbiotiche ed esaminiamo uno spettro di Z-And ottenuto con tre esposizioni da 960 secondi e spettroscopio Alpy 600.
Lo spettro non ha un rapporto S/N così favorevole poiché abbiamo dovuto limitare le esposizioni 2880 secondi, dato che l’oggetto era già vicino a tramontare dietro il Monte Baldo che preclude il nostro orizzonte Ovest sotto i 26°. Ciononostante ci sono diverse cose interessanti da notare, una volta che lo si comincia ad osservare con attenzione.

Non ho intenzione di fare lunghi preamboli su cos’è una simbiotica, ma giusto per inquadrare l’oggetto diciamo che si tratta di un sistema binario, dove una stella è una gigante evoluta mentre l’altra è un oggetto degenere; usualmente una nana bianca (White Dwarf = WD), anche se in qualche caso può esservi una stella a neutroni. L’interazione tra la gigante e la WD può avvenire tramite vento stellare (piuttosto vigoroso nelle stelle giganti di tipo spettrale avanzato) e/o tramite accrezione diretta, se la stella evoluta riempie il proprio lobo di Roche. Nelle simbiotiche classiche il materiale che cade sulla WD forma uno strato di materia non degenere che attiva il bruciamento nucleare fornendo una grande quantità di energia ionizzante. Questa radiazione interagisce con il gas che circonda la stella (formato dal vento stellare), ionizzandolo. La ricombinazione del gas produce le righe in emissione osservate nelle simbiotiche.

Variazioni dovute nell’afflusso di materiale, per esempio dovute al movimento orbitale della binaria (Un aumento di trasferimento di massa al periastro) possono causare outburst sulla WD che si espande in una shell raffreddandosi e diventando visibile nell’ottico. Alcune righe di emissione scompaiono, dato che la radiazione più dura proveniente dalla WD viene bloccata dalla shell.
Quindi, nello spettro di una simbiotica (non in outburst) dovremmo trovare, la gigante rossa nel visibile, assieme alle righe di emissione.
A prima vista nello spettro di Z AND, appaiono evidenti solo le righe di emissione.

zand_ 20200208 Annotation.png


Per vedere la componente fredda bisogna ri-scalare lo spettro in modo da sollevare il continuo. Ecco che allora appare la stella evoluta una M3, messa nel successivo grafico a confronto con Betelgeuse (M2).

Z-AND_ 20200208_confrotno Betelgeuse.png


Nel post precedente avevo parlato di SU LYN, una simbiotica di classe M5, che però esibisce delle righe in emissione così poco marcate che non possono essere viste in bassa risoluzione.
Questo è perché l’energia necessaria ad una simbiotica per esibire le sue spettacolari righe di emissione è dovuta all’energia sprigionata dal bruciamento del materiale che cade sulla nana bianca. Vi sono però simbiotiche come SU LYN, ma anche per esempio CH CYG che producono energia solo tramite l'accrezione. L'energia in gioco in quest'ultimo caso è una frazione minuscola rispetto a quella che possono produrre le reazioni nucleari. Ecco perchè questo tipo di simbiotiche di solito mostra righe in emissione deboli.
I frequenti outburst di Z And, assieme alla presenza delle righe del Fe VII dimostrano senz’ombra di dubbio che siamo invece di fronte ad una simbiotica classica.

Z And AAVSO.JPG

Curva di luce B e V della simbiotica Z And dal marzo 2000 (AAVSO)

Vediamo cos’è successo nell’ultimo outburst fra febbraio ed aprile 2018. Non avendo nessuno spettro ripreso dal Monte Baldo in quel periodo ne mostro uno preso dal Database di ARAS di J. Guarro.
Il continuo della stella M è sovrastato dalle prominenti righe di emissione di Balmer ed Elio I. Le righe del Ferro a 5721 e a 6087 sono scomparse.
La spiegazione, come si diceva prima è che durante l’outburst, la shell di materiale di accrescimento che ricopre la WD è costretta a gonfiarsi e qundi si raffredda. L’emissione (che prima è per la gran parte negli X molli) passa nell’ottico. L'energia ionizzante diminuisce e non ci sono più fotoni abbastanza energetici per il Ferro VII. L'idrogeno nella nebulosa, allo stesso tempo riceve più radiazione (dall'inviluppo esteso della WD) e le righe di emissione dell'idrogeno e dell'Elio I aumentano facendo scomparire il continuo della stella fredda. Nello spettro di Guarro si vedono anche le emissioni delle righe proibite dell'Ossigeno [O III] Queste vengono prodotte nelle parti più esterne della nebulosa. Il fatto che anch'esse aumentino di intensità durante l'outburst significa che la parte esterna (e rarefatta) è molto più vasta di quella che di solito viene ionizzata.

zand_ 20180308_787_J. Guarro.png
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Messaggioda Max » 19 mar 2020, 8:44

Ho letto ora tutto di un fiato, bellissimo lavoro e ottima spiegazione,grazie Flavio.
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