Projekt: 55 Cancri e (5.95 mag | 0.0003 mag)

[LibMar]

Kilka miesięcy temu w wątku o testach fotometrycznych metodą lucky imaging (https://astropolis.pl/topic/59964-zastosowanie-kamer-cmos-w-fotometrii-metodą-lucky-imaging/) miałem przedstawić wyniki prób. Z czasem niektóre z nich traciły na znaczeniu (np. planuję zmianę filtra fotometrycznego B na R, czy chociażby rejestrowanie na najniższym gainie), ale z powodu ich znacznej ilości (100GB danych), miałem rozłożyć sobie na najbliższe kilka miesięcy. Tym razem przedstawiam pojedynczą próbę z 55 Cnc. Jest to układ dwóch gwiazd (jedna podobna do Słońca, druga to czerwony karzeł - towarzysz) odległy od nas o 41 lat świetlnych. Składa się z systemu pięciu planet pozasłonecznych, z czego tranzytująca jest tylko jedna - 55 Cnc e. To skalista egzoplaneta, znana jako ogromny diament. https://en.wikipedia.org/wiki/55_Cancri_e

To niezłe wyzwanie dla metody lucky imaging, której testy wypadłby bardzo ciekawie. Na tyle, że spadek o 0.0003 mag (dla obiektu 5.95 mag) faktycznie mógłby być rejestrowany. Szkoda tylko, że towarzysz jest gwiazdą zmienną (BO Cnc, typ SRB), na szczęście okres jest na tyle długi, że jego jaśnienie/ciemnienie przez jedną sesję obserwacyjną można spokojnie znormalizować.

Jest wiele artykułów naukowych o obserwacji tego obiektu, na przykład tutaj: http://inspirehep.net/record/1219271?ln=pl

Nie jest to cel, który złapiemy od razu. Dzięki krótkiemu okresowi orbitalnemu, kolejne tranzyty następują co 0.74 dnia, a więc dość często. Samo zjawisko trwa blisko 90 minut, stąd nie potrzeba długich rejestracji. 90 min przed i 90 minut po daje w sumie 270 minut rejestracji, co w okresie zimowym jest bardzo możliwe.

Za pomocą Canona FD 300mm f/2.8L i kamery ASI178MM-c rejestrowałem 55 Cnc i jej sąsiadkę 53 Cnc (niestety zmienna, ale jedyna referencyjna). Nie pamiętam jaki użyłem gain (nie mam dysku zewnętrznego ze sobą, mam tylko pomiary w pliku .txt), jednak nie jest typowy, jaki używam do tranzytów (normalnie 150, z 55 Cnc zapewne między 50 a 100). Uzyskane pomiary po binningu dla 10-minutowego fragmentu są następujące (tak, oś Y jest obrócona):

Wykorzystałem ~11.000 pomiarów po 50ms z 12.000, gdyż reszta miała zbyt małą ilość gwiazd w kadrze (Muniwin nie akceptuje, kiedy widzi w klatce mniej niż 5). Na niebiesko wziąłem pod uwagę 500 pomiarów, na czerwono około 2260 (aby podzielić na 5 części - 5 pomiarów). Rozrzut pomiarowy dla 500x0.05s=25s wynosi nieco lepiej niż +/- 0.002 mag, z kolei 2-minutowe pomiary mają dokładność bliską +/- 0.0005 mag. Cała krzywa obejmuje około 10% długości całego tranzytu. Przy pojedynczej obserwacji, spadek blasku o 0.0003 mag raczej będzie trudno zauważalny, dlatego obserwacje podejmie się kilka razy. Mając wiele rejestracji tranzytów, wszystkie można złączyć w jeden i uzyskać dokładny wykres. Publikowane wykresy w internecie (ze środka zjawiska) zazwyczaj przedstawiają punkty po 5-15 minut, stąd w zasadzie wszystkie moje 11.000 pomiarów dałoby radę złączyć w jeden, bardzo dokładny. Tylko wtedy nie byłoby porównania, skoro rejestrowałem przez zaledwie 10 minut.

Postaram się jeszcze uzyskiwać dokładniejsze krzywe blasku, jednak wymagają one dużo pracy. Jedna klatka 50ms wymaga oczywiście cropowania, co dałoby się zmniejszyć do cienkiego paska (np. 500x50 pikseli), a kadr obrócić tak, by gwiazdy leżały poziomo. Tylko Muniwin potrzebuje co najmniej 5 widocznych gwiazd, co w moim przypadku (500x200 pikseli) stanowiło jeszcze problem (obiekty po 11-13 mag na 50ms jeszcze z cudem odnajdywało). Niestety, to pociąga za sobą ogromną ilość danych (np. 100GB z jednej sesji zamiast 25GB), a więc wpływa ograniczająco na pojedynczą noc obserwacyjną. 20 FPS w 14-bit (właściwie zapisuje z rozszerzeniem na 16-bit) dla takich klatek zajmuje ogromną ilość danych. Stąd zastanowię się jeszcze nad wykorzystaniem bin 2x2 software'owego, gdzie można użyć nieco większą rozdzielczość (dla sąsiednich gwiazd). Do tego potrzebny jednak kolejny test. Jedna klatka 500x200px zajmuje 200KB. Niby, niewiele, ale to 4MB na sekundę. To z kolei przekłada się na 15GB w ciągu godziny, uzyskują 72.000 pomiarów. Gwiazdy 55 Cnc i 53 Cnc są tak blisko siebie, że spokojnie byłoby można to obserwować za pomocą większego teleskopu (np. 8" f/4). To byłaby dopiero potęga, gdzie będzie trzeba nieco zwiększyć rozdzielczość, w dodatku skrócić czas ekspozycji nawet do 10ms (100 FPS już nie pociągnie).

Skoro pojedynczy test (powyższy wykres) wyszedł całkiem ładnie (da się zejść do poziomu dziesięciotysięcznych części magnitudo), amatorska rejestracja jest całkiem możliwa i warto zająć się tym projektem. W dodatku jeszcze ta kolimacja obiektywu, która faktycznie (i to wykazałem) pogarsza dokładność pomiarową. Co dalej?

• dłuższa sesja obserwacyjna w celu sprawdzenia stabilności krzywej (czy zmienność drugiej gwiazdy faktycznie będzie problematyczna, co z ekstynkcją itp)
• rejestracja do najmniej 4 tranzytów obejmujących 90 minut przed i 90 minut po (w sumie 4.5h rejestracji na noc); średnio takie zjawisko wypada co 3 dni (0.73d to ~0.75d, stąd po 4 tranzytach mamy niemal tę samą godzinę wystąpienia zjawiska)

Gwiazda będzie dostępna do takich obserwacji aż do wiosny, więc liczę na to, że w ferie zimowe/świąteczne pojawi się szansa obserwacji takich zjawisk. Nie próbowałem wcześniej sięgać poniżej <0.001 mag, stąd faktycznie jestem zainteresowany czy to wypali w praktyce