O gwieździe R CORONAE BOREALIS jako prekursorze gwiazd zmiennych typu RCB

27 Lutego 2017

O GWIEŹDZIE R CORONAE BOREALIS

JAKO PREKURSORZE GRUPY GWIAZD ZMIENNYCH TYPU RCB

Jedną z bardziej interesujących gwiazd zmiennych są gwiazdy zmienne typu R CrB. Podobnie jak ich prekursorka, czyli gwiazda R Corona Borealis, należąca do konstelacji Korony Północnej, cechują się bardzo silnymi spadkami jasności rzędu 1- 9 magnitudo. Zmienne należące do tej klasy są nadolbrzymami, których typy widmowe także podlegają zmianom wraz z fluktuacjami jasności. W maksimum jasności gwiazdy R CrB należą zwykle do typów widmowych F- G. Linie wodorowe (również seria Balmera) są w ich widmie spektroskopowym niemal nieobecne. W momencie spadku jasności obserwuje się silne linie spektralne węgla amorficznego, a także jego prostych połączeń (C₂, CN). Widmo tych gwiazd wskazuje również na podwyższony udział helu oraz metali obojętnych lub pojedynczo zjonizowanych.

Zmienne typu RCB wykazują niezwykłą, niepowtarzalną cechę, która odróżnia je od innych zmiennych: jest zmienną wybuchową i w trakcie wybuchu jej jasność silnie maleje. W przypadku innych gwiazd zmiennych wybuchowych, jasność w takim momencie wzrasta. Tanie nietypowe zachowanie gwiazd RCB tłumaczy się okresowym wyrzutem węgla z wnętrza gwiazdy i formowaniem się chmur węglowego pyłu w pobliżu fotosfery. Pył ten ulega zagęszczeniu w zewnętrznych obszarach gwiazdy, pochłania emitowane przez nią promieniowanie widzialne i tym samym przyczynia się do spadku jasności wizualnej o kilka jednostek magnitudo. Z upływem czasu, uwolniony pył węglowy ulega rozproszeniu i jasność gwiazdy powraca do wartości wyjściowej.

Jasność w stanie podstawowym jest niemal stała i utrzymuje się nawet przez kilka lat, do czasu wystąpienia ostrego, gwałtownego spadku jasności. Minimum trwa od kilku tygodni do roku. Odzyskiwanie pierwotnej jasności jest stopniowe i trwa dłużej niż przejście do minimum.

Oprócz głębokich spadków jasności wynikających z cyrkulacji materii węglowej w górnych partiach atmosfery, niektóre gwiazdy zmienne typu R Corona Borealis wykazują niewielką zmienność pulsacyjną o charakterze półregularnym. Okres tych zmian wynosi zwykle kilkadziesiąt dni, a amplitudy są płytkie i nie przekraczają dziesiątych części magnitudo. Wahania te są spowodowane powstawaniem nowych niewielkich porcji pyłu węglowego, który uwalniany do fotosfery przyćmiewa emitowane przez gwiazdę światło i staje się przyczyną kolejnych drobnych spadków jasności.

Grono gwiazd zmiennych typu RCB jest niewielkie, a charakter fizyko-chemiczny i natura ich zmienności są jeszcze słabo poznane. Istnieją hipotezy, wg których zmiany jasności tych niezwykłych gwiazd uchodzą wyłącznie za krótki etap przejściowy w życiu przeewoluowanych nadolbrzymów, kiedy to nastąpił błysk helowy, zapłonęła warstwa helu, a wodór obecny w rdzeniu uległ wyczerpaniu.

Zmiany jasności następują w nieregularnych odstępach czasu. Spadek jasności postępuje, by sięgnąć minimum w czasie kilku tygodni. Minimum utrzymuje się przez wiele tygodni. Niekiedy obserwujemy chwilowe wzrosty jasności o 1-2 magnitudo i następujące tuż po nich ponowne spadki.

Gdy gwiazda staje się słabo widoczna z powodu spadku jasności, pozostaje nadal jasna w zakresie podczerwieni, a w jej linie spektralnym dostrzegalne są linie emisyjne węgla.

Najważniejszą gwiazdą zmienną RCB jest prekursorka grupy, czyli R Corona Borealis. Gwiazda ta jest zlokalizowana wewnątrz symbolicznego kształtu konstelacji Korony Północnej. Można ją obserwować przy użyciu lornetki lub niewielkiego teleskopu. Przy wyjątkowo dobrych warunkach obserwacyjnych, R CrB jest dostrzegalna nieuzbrojonym okiem (podczas, gdy w szczycie swej jasności osiąga jasność wizualną 5,8 magnitudo). Przedział zmian jej jasności to 5,8 – 14,8 magnitudo.

Gwiazda jest zmienną nieregularną. Wyjątkowy i nieprzewidywalny spadek jasności miał miejsce w 1863r, kiedy to minimum trwało nieprzerwanie przez blisko 10 lat. Z kolei w latach 1925- 1934 odnotowano maksimum utrzymujące się przez ok. 9 lat na względnie stałym poziomie.

Temperatura powierzchni R Corona Borealis wynosi 6000- 6500 K. Promień gwiazdy to ok. 100 R_ʘ, co stanowi blisko połowę odległości pomiędzy Słońcem a Ziemią. Wbrew pozorom masa R CrB nie jest wysoka i wynosi zaledwie 0,8 masy naszej Dziennej Gwiazdy.

Gwiazda zawiera śladowe ilości wodoru, a jej materia składa się przede wszystkim z helu. R CrB pozbyła się już otoczki wodorowej, a cały wodór obecny z rdzeniu zdąży już się wypalić. Węgiel, którego okresowe wyrzuty obserwujemy w postaci głębokich minimów jasności, pochodzi z syntezy helu (tzw. reakcja 3-alfa).

Z ogromną jasnością gwiazdy powiązany jest działanie silnego wiatru gwiazdowego, który sprawia, że traci ona znaczną część swojej masy. Utrata ta jest ok. 100.000 razy szybsza niż w przypadku Słońca. Około 1% traconej przez gwiazdę materii osiada na węglu, który formuje obłoki węglowe (podczas wyrzutu węglowego pyłu). Wokół R CrB roztacza się rozległa otoczka chłodnego pyłu o temperaturze ok. 900 K. Jego obecność jest rejestrowana w odległości stu promieni gwiazdy.

Inne przykładowe gwiazdy zmienne typu RCB to m.in.: DY Persei, U Aquarii, RY Sagittarii, V854 Centauri.

---------------------------------

Źródło:

1. K. Davis, AAVSO Technical Assistant, artykuł: „The Enigmatic R Corona Borealis”, January 2000.

2. I. Adamin, Variable Star Observer Bulletin “What are the R Coronae Borealis stars?” 2013.

3. S. Giridhar, Indian Institute of Astrophysics: “Abundance Analysis of R CrB Variable UW Cen”, 1986.

4. Notatki Jima Kalera, profesora uniwersytetu w Illinois.