kombinuj-licz

3. 14 kwietnia 2013 godz. 23:10

Dzisiejszej nocy pierwszy raz w życiu złapałem trochę fotonów na matrycę CCD z..... galaktyki

Była to galaktyka Cygaro (M 82).
Detektor: kamerka DMK21
Łapacz fotonów: teleskop Newton 14'' na montażu Dobsona.

Naświetlanie 4x20 sekund

Amatorska próba stworzenia modelu wybuchów supernowych
na podstawie własnych obserwacji astronomicznych

1. Wstęp

To co przedstawię w tym wątku to owoc mojej 22 miesięcznej pracy obserwacyjnej jak i teoretycznej. Przyczyną jej wykonania była miłość do astronomii oraz to, że to właśnie z tą nauką wiążę swoją przyszłość. Zrobiłem ją głównie z myślą o ogólnopolskich konkursach astronomicznych OMSA (Ogólnopolskie Młodzieżowe Seminarium Astronomiczne) i FAST (Fizyczne i Astronomiczne Stypendium w Toruniu). Rok temu publikowałem można to nazwać 'demo' moich wysiłków na OMSA 2012 (zdobywając 2 miejsce oraz 1 nagrodę publiczności) oraz na łamach biuletynu internetowego Proxima (3/2012 str. 23 http://www.astronomica.pl/proxima9.pdf).

Rozszerzona wersja zamieszczanej tutaj pracy pojawi się wkrótce w Uranii.

Obserwator: Mateusz Grala

Teleskopy wykorzystane w obserwacjach: Newton 10'', Newton 14'', Newton 16'' na montażach Dobsona (rozmiar lustra rósł w miarę postępowania projektu)

Miejsce obserwacji: N: 53.98^o S: 18.69^o
Sposób obserwacji: obserwacje wizualne – analiza obrazu widocznego w okularze teleskopu

Przedstawiam stworzoną przeze mnie amatorską próbę stworzenia modelu wybuchów supernowych typu Ia oraz II-P.

2. Cel obserwacji
Celem stworzenia mojego modelu wybuchów supernowych jest:
a) wyznaczenie uniwersalnych krzywych jasności dla supernowych typu Ia oraz II-P i ich porównanie,
b wyznaczenie energii wybuchów poszczególnych supernowych w maksimum ich blasku,
c) sprawdzenie, które supernowe promieniują z większą mocą w maksimum blasku,
d) udowodnienie, że supernowe typu Ia mogą być wykorzystywane jako świece standardowe,
e) sprawdzenie czy supernowe typu II-P mogą być wykorzystywane jako świece standardowe,
f) opis położenia supernowych w galaktykach macierzystych i próba sklasyfikowania ich progenitorów.

3. Metodologia.
Model wybuchów supernowych stworzę na podstawie zebrania wszystkich uzyskanych przeze mnie danych na ich temat. W tym rozdziale opiszę w jaki sposób prowadziłem pomiary i jak poddawałem je analizie teoretycznej. Następnie przejdę do przyjemniejszej części referatu i przedstawię wyniki jakie otrzymałem. O pojawieniu się supernowych na niebie dowiadywałem się z serwisu „Rochesterastronomy” i stamtąd też dostawałem informację o ich typie.

CZĘŚĆ PRAKTYCZNA – SPOSÓB ZBIERANIA DANYCH OBSERWACYJNYCH

a) Wyznaczenie obserwowanej jasności supernowej:
W celu określenia aktualnej jasności supernowej wykorzystałem metodę Nijlanda-Błażki-Arglandera. Jest jedną z najlepiej sprawdzających się metod obserwacji gwiazd zmiennych przy pomocy której wprawne oko jest w stanie wyznaczyć jasność gwiazdy z dokładnością do 0,05mag. Metoda ta polega na wybraniu dwóch gwiazd porównania (‘a’ oraz ‘b’) zbliżonych jasnością (jedna jaśniejsza, a druga ciemniejsza od obserwowanego obiektu) i kolorem do gwiazdy badanej, a następnie ocenie różnic jasności pomiędzy ustalonymi trzema gwiazdami (‘a’, ‘b’ oraz zmienną ‘V’) w skali czterostopniowej. Wynik zapisuje się w następujący sposób amVnb (kolejność zapisu zgodnie z rosnąca jasnością) i na przykład zapis a2V4b oznacza, że różnica jasności pomiędzy gwiazdami ‘V’ i ‘b’ była dwukrotnie większa od różnice pomiędzy gwiazdami ‘a’ i ‘V’.
Wzór na jasność gwiazdy zmiennej wygląda następująco:

FOT. 1 (u dołu wpisu)

b Szacowanie kątowej i minimalnej liniowej odległości supernowej od centrum galaktyki macierzystej:
Dystans między supernową, a środkiem galaktyki macierzystej wyznaczałem na dwa sposoby.
b1. Jeśli supernowa i centrum galaktyki leżały w przybliżeniu na prostej równoległej do równika niebieskiego (miały w przybliżeniu tą samą deklinację) korzystałem z poniższej zależności:

FOT. 2 (u dołu wpisu)

b2. Jeśli supernowa i centrum galaktyki nie leżały na prostej równoległej do równika niebieskiego (miały różną deklinację), szukałem w otoczeniu supernowej dwóch gwiazd, odległych od siebie o dystans podobny do dystansu supernowa-centrum galaktyki i następnie sprawdzając w programie astronomicznym (Stellarium) współrzędne obu gwiazd obliczałem długość odcinka |SUPERNOWA-CENTRUM GALAKTYKI|. W praktyce było tak, że dwie gwiazdy o których mowa były układami optycznie podwójnymi zlokalizowanymi na niebie w pobliżu galaktyki, w której była obecna supernowa.
b3. Minimalną liniową odległość supernowej „r” od centrum wyznaczałem z zależności trygonometrycznej: r=2Rtg(alfa) gdzie R - odległość do galaktyki spisana z danych NASA/IPAC extragalactic database, α – kątowa odległość supernowej od centrum.

c) Widok supernowej w okularze teleskopu – szkic:
Jako, że cała praca badawcza opiera się na bezpośrednim analizowaniu obrazu w okularze teleskopu, postanowiłem szczegółowo udokumentować przeprowadzone obserwacje w postaci szkiców. Na rycinach pokazuję w jaki sposób supernowe prezentowały się na tle galaktyk macierzystych. Szczególną uwagę przywiązywałem do tego, aby zaznaczyć gwiazdy porównania, które używałem do oceny jasności supernowej. Należy pamiętać, że nie traktowałem szkicu jako materiał, na którym mogę dokonywać pomiary, bo to przecież nie jest zdjęcie. Na podstawie rycin zamierzam jedynie przedstawić mój tok myślenia i pokazać w jaki sposób prowadziłem rzeczywistą analizę obrazu w okularze teleskopu

CZĘŚĆ TEORETYCZNA – SPOSÓB ANALIZY DANYCH OBSERWACYJNYCH

a) Konstrukcja krzywej blasku:
Krzywą blasku konstruowałem jako diagram, na którym osią rzędnych była jasność supernowej wyrażona w magnitudo, z kolei na osi odciętych oznaczałem dni, które upłynęły od momentu maksimum jasności supernowej.

b)Szacowanie mocy promieniowania supernowej w maksimum blasku:
Mając przygotowaną krzywą jasności supernowej, mogłem wydzielić te dni, w których supernowa osiągnęła maksymalną i stabilną na okres kilku dni jasność. W celu oszacowania z jaką mocą promieniowała supernowa w tym okresie, skorzystałem z zależności pomiędzy jasnością absolutna gwiazdy, a jej mocą promieniowania:

FOT. 3 (u dołu wpisu)

4. Supernowe typu Ia.

Celem tego rozdziału jest zaprezentowanie mojej metody na wizualne obserwacje supernowych. Szczegółowo omówię obserwację tylko jednej supernowej (ze względów na ograniczenie objętości pracy ), a następnie na jej przykładzie pokażę jak prowadziłem cały projekt obserwacyjny.
Spośród 11 obserwowanych supernowych typu Ia wybrałem Sn2012cg, ponieważ osiągnęła ona dużą jasność w maksimum dzięki czemu odstęp pomiędzy skrajnymi pomiarami jej jasności wynosi prawie 160 dni co przekłada się na długość krzywej blasku i czyni ją atrakcyjną.

a) Sn2012cg:

a1. Szkic supernowej w okolicach jej maksymalnej jasności.

Szkic powstał 12 czerwca 2012 roku o godzinie 00:30. Supernowa Sn2012cg była wtedy w okolicach swojej maksymalnej jasności. Na rycinie oznaczyłem 3 galaktyki w tym galaktykę macierzysta supernowej (NGC 4424), oś deklinacji (wyznaczona na podstawie obserwacji ruchu obrazu w okularze teleskopu) oraz jasności przykładowych gwiazd. Gwiazdy, które użyłem do wyznaczenia jasności supernowej podpisałem literami od A (najjaśniejsza) do G (najciemniejsza).

FOT. 4 (u dołu wpisu)
a2.Wyznaczanie jasności supernowej i jej odległości kątowej od centrum galaktyki.
Od momentu wybuchu, jasność wyznaczyłem w 11 różnych dniach co daje 11 różnych punktów na krzywej jasności. Każdy pojedynczy pomiar jasności supernowej jest uśrednionym wynikiem
10 cząstkowych pomiarów. Poniżej prezentuję przykładową, pojedynczą sesję pomiarową z obserwacją prowadzącą do wyznaczenia jasności oraz oszacowania odległości kątowej supernowej od centrum galaktyki:

FOT. 5 (u dołu wpisu) Karta zawiera dane zebrane w dniu 12 VI 2012 i wynika z niej, że supernowa miała jasność 11,44+/-0,45 mag i była odległa o 17,82+/-2,97’’ od centrum galaktyki. Należy zwrócić uwagę na to, że odcinek łączący supernową i centrum galaktyki jest niemal równoległy do równika niebieskiego dzięki czemu odległość tą mogłem wyznaczyć za pomocą stopera (patrz. rozdz. 3 pkt. b1). Litery a-g oznaczają gwiazdy porównania zapisane na szkicu. Błąd pomiaru szacowałem przez użycie metody najmniej korzystnego przypadku (NKP).

a3. Konstrukcja krzywej blasku.

Poniżej prezentuję daty obserwacji supernowej Sn2012cg, w nawiasie liczbę dni od odkrycia supernowej i moją oszacowaną jasność. Ze względu na metodę obserwacji pomiary zaokrąglałem do 0,05:

FOT. 6 (u dołu wpisu)

Na podstawie zebranych danych wykreśliłem krzywą jasności supernowej, na której pionowa oś ustala jej wartość (począwszy od okolic wartości zasięgu gwiazdowego instrumentu którym prowadziłem obserwacje czyli +15,5 mag) w określonym dniu – pozioma oś, przy czym numerem 0 oznaczony jest dzień, w którym doniesiono o odkryciu supernowej:

FOT. 7 (u dołu wpisu)

a4. Szacowanie mocy promieniowania supernowej w maksimum blasku.

Z krzywej jasności wynika, że supernowa osiągnęła maksimum jasności w okolicach 31V-15VI, gdyż wartości w tych dniach są podobne. Mając na uwadze błąd pomiaru, każdy z dni w pierwszych dwóch tygodniach czerwca może być traktowany jak maksimum jasności. Przeprowadzę teraz rozważania prowadzące do wyznaczenia mocy promieniowania supernowej w tym czasie:
- Najpierw wyznaczam jasność absolutną Sn2012cg, do tego wykorzystuję znajomość odległości do galaktyki NGC 4424 (źródło: NASA/IPAC extragalactic database) r=15,95 Mpc i jasność obserwowaną supernowej w maksimum blasku m=11,45 mag: M=-19,56 mag

- Moc promieniowania Sn2012cg wyznaczam z równania [3] omówionego w rozdz. 3: L=10^36 W

a5. Trudności napotkane w trakcie obserwacji Sn2012cg.

- pomimo, że pogoda nie była najgorsza to zdarzały się pochmurne dni w kluczowych momentach krzywej blasku,
- czas na obserwację był bardzo ograniczony ze względu na krótkie czerwcowe noce,
- jak się okazało pełnia Księżyca przypadła na okolice maksimum jasności,
- koniunkcja supernowej ze Słońcem, która zatrzymała obserwację Sn2012cg na prawie 4 miesiące.

b Zbiór obserwacji i pomiarów wszystkich obserwowanych przeze mnie supernowych typu
Ia oraz II-P. Odległość supernowej od centrum galaktyki zaokrągliłem do 1’’,odległość liniową do 1000 ly, jasność supernowej w maksimum do 0,05 mag

FOT. 8 (u dołu wpisu)

5. Próba stworzenia amatorskiego modelu wybuchów supernowych.

Uniwersalne krzywe jasności – wykres jasności supernowej względem jej jasności maksymalnej
w zależności od czasu dla określonego typu. Numerem 0 oznaczony jest początek maksimum:

FOT. 9 (u dołu wpisu)

Amatorski model wybuchów supernowych dla typów Ia oraz II-P

Fot. 10 (u dołu wpisu)

6. Słowo o niepewnościach modelu i wnioski:

1. Stworzony przeze mnie model powstał na podstawie wizualnych metod obserwacji przez co jest obarczony wieloma niepewnościami pomiarowymi, które starałem się zmniejszyć poprzez obserwacje wielu supernowych.
2. Najdokładniej zbadany fragment krzywej blasku to moment maksimum i kilkanaście dni później, dlatego że w tym czasie miałem do dyspozycji dużo pomiarów jasności różnych supernowych. Tworząc dolną cześć uniwersalnej krzywej byłem zmuszony do potraktowania kilku najjaśniejszych supernowych jako reprezentatywnych, fakt ten okazał się dotkliwy dla typu II-P gdyż miałem wtedy do dyspozycji tylko 3 supernowe jaśniejsze od +14 mag.
3. Szacowanie położeń supernowych w galaktykach jest obarczone bardzo dużym błędem, gdyż jedyne co mogłem sprawdzić to ich minimalną odległość od centrum. Oznacza to, że dla galaktyki usytuowanej względem Ziemi pod dużym kątem taki pomiar może zaciemnić obraz rzeczywistości.
4. Nie jest pewny opis położenia supernowych typu II-P w galaktykach i klasyfikacja ich progenitorów ze względu na małą ilość obserwowanych supernowych II-P. W kolejnych miesiącach zamierzam kontynuować tworzenie modelu kładąc szczególny nacisk na rozstrzygnięcie tych kwestii.
5. Amatorski model wybuchów supernowych, który stworzyłem na podstawie własnych obserwacji będzie rozbudowywany przez kolejne pomiary przyszłych supernowych dzięki czemu zamierzam zmniejszyć niepewności i zweryfikować wyciągnięte wnioski.

7. Zakończenie.
Zdaję sobie sprawę z tego, że to co zrobiłem do światowej nauki zbyt wiele nie wnosi. Można nawet powiedzieć, że nie wnosi nic. Spóźniłem się o kilkadziesiąt lat. Jednak to co stworzyłem motywuje mnie do dalszej pracy i tworzenia nowych pomysłów na amatorskie obserwacje. Trudno mi opisać słowami uczucie, które mi towarzyszy kiedy patrzę na prymitywne wykresy naszkicowane przeze mnie na papierze milimetrowym. W dobie programów komputerowych wyglądają one śmiesznie, jednak zdecydowałem się na to, żeby je w taki sposób pokazać w celu podkreślenia amatorszczyzny. Chciałem na końcu dodać, że nie było moim celem stworzenie modelu, który idealnie pasowałby do współczesnych teorii o supernowych i który byłby taki sam jakim dysponują naukowcy. Wręcz przeciwnie. Chciałem sprawdzić co otrzymam na podstawie własnych obserwacji i liczyłem, że będą to głównie bzdury. Robiłem to dla samej frajdy obserwacji nieba. Jednak finał moich zmagań jest inny niż się spodziewałem. Otrzymałem całkiem ciekawy amatorski model wybuchów supernowych. Dla mnie najbardziej fascynujące jest to, że niektóre dane jakie uzyskałem trudno jest zweryfikować, bo wcześniej o nich nic nie słyszałem.

Post będę edytował w celu poprawiania literówek i innych błędów. Dodam grafiki w środku tekstu zamiast na końcu (tam gdzie je przywołuję) jeśli doradzi mi ktoś jak to zrobić.

Mateusz Grala

Zapraszam też do czytania moich dzienników gwiazdowych, w których będę przeplatał opowiadania o 'mojej astronomii' z obserwacjami, także tymi które wykorzystałem w powyższej pracy.

2. 8 KWIETNIA 2013

2 dni temu wróciłem do gromady galaktyk w Lwie, którą obserwowałem już nie jeden raz lecz nigdy wcześniej nie wiedziałem, że to obiekt Hickson'a.

Po finalizacji mojego projektu obserwacyjnego ściśle związanego z supernowymi, a którego jeszcze na astropolis nie publikowałem (mam nadzieję, że tutejszą wersję przygotuję zanim napisze o niej Urania i Proxima), mam dużo 'wolnego czasu' w trakcie obserwacji... a to oznacza - szkice!

A oto i inauguracyjna rycinka:

(EDIT: pomyłka w roku - spieszyłem się na kolację, dzięki Tomek za zwróce nie uwagi)

1. PROLOG

Dziś mija dokładnie 3 lata od mojej pierwszej obserwacji teleskopowej, którą prowadziłem na własnym sprzęcie.

Dokładnie w sylwestra - 31 grudnia 2009 roku w godzinach wieczornych, zamiast przygotowywać się do balu, oglądałem częściowe zaćmienie Księżyca o fazie maksymalnej 8%. Wrażenia, których nie zapomnę do końca życia.Czułem wtedy, że całe niebo się przede mną otwiera, a ja mam sprzęt pozwalający na to żeby sprawdzić co tam tak naprawdę się dzieje.

Teleskop przez który oglądałem to niebo nazywał się Opticon i już nie pamiętam, ale chyba był plastikowy. Miał średnicę soczewki 6cm i ogniskową 900mm. Dostałem go kilka dni wcześniej pod choinkę. Pamiętam, że kosztował tyle za ile dziś nawet słabego okularu się nie kupi... ale to nie miało znaczenia...

Jednak moja przygoda z astronomią zaczyna się kilka lat wcześniej... w sierpniu 2003 roku.

c.d.n