Odkrycie 24 "znikających" białych karłów

LibMar · 10 Stycznia 2020

Witam!

Po dwóch miesiącach odpoczynku powróciłem do wysyłania zgłoszeń na nowe gwiazdy zmienne. Dzisiaj moimi celami były zaćmieniowe białe karły - niewielkie jasne 'umarłe' gwiazdy orbitujące przez większe, ciemne gwiazdy ciągu głównego (najczęściej są nimi czerwone karły). Latem ubiegłego roku wysłałem cztery takie zgłoszenia, z czego jedna jest MGAB-V287*, której zaćmienie główne obserwowaliśmy na jesiennym zlocie na Roztoczach. Było jednak kilka gwiazd, dla których ilość dostępnych danych była zbyt mała, by móc wyznaczyć okres orbitalny. A jak nie da się określić, to zgłoszenia poprzez pobieranie odpowiednich fotek porównawczych zajmie sporo czasu... W związku z tym, zmienne typu EA/WD (zmienne typu Algola z podtypem białego karła - white dwarfs) pozostawiłem na liście 'to-do', do których powróciłem w ostatni wieczór.

* - współodkrywcami tej zmiennej są także @bajastro oraz @ANowak - było to nasze wspólne zgłoszenie do VSX.

Przejrzałem na nowo zbiór potencjalnych białych karłów z danych sondy Gaia oraz najnowsze opublikowane pomiary fotometryczne od ZTF (Zwicky Transient Facility). W grudniu 2019 roku została opublikowana druga część, co pozwoliło uzyskać jeszcze więcej danych w poszukiwaniu gwiazd zmiennych. Ostatecznie udało mi się odnaleźć 26 takich zmiennych, z czego EA/WD stanowią 24 z nich (dwie pozostałe są inne, wysłane "przy okazji"). Jednak tylko trzy obiekty EA/WD mają wyznaczony okres orbitalny. Charakter tego typu zmienności dla pozostałych gwiazd został ustalony na podstawie typowego zachowania - na klatce wykonanej w przypadkowym momencie gwiazda znikła, natomiast na 20-100 pozostałych klatkach (których odstęp jest większy niż godzina, a najczęściej wykonywane dwa razy na dobę) jest cały czas widoczna, praktycznie o takiej samej jasności. Publikacja zmiennych jest dostępna tutaj: https://sites.google.com/view/mgab-astronomy/mgab-v1101-v1150

Dlaczego są to "znikające" białe karły? Otóż, są to bardzo niewielkiego rozmiaru gwiazdy - często rozmiaru Ziemi lub nieco większe. Towarzyszem jest zazwyczaj relatywnie duża gwiazda. Przesłonięcie niewielkiego białego karła trwa dosłownie chwilę - widzieliśmy to m.in. na zlocie w przypadku MGAB-V287, która dosłownie zniknęła nam po 1-2 klatkach o czasie ekspozycji 30 sekund (i tak samo pojawiła się ponownie po zakończeniu zaćmienia).

Największą nadzieję w unikalności stanowią te, których zaćmienia trwają najkrócej, a efekt refleksji jest jak najmniejszy przy dość krótkim okresie. To oznacza, że wokół białego karła może krążyć brązowy karzeł lub nawet egzoplaneta! Wysyłając zgłoszenie o 24 nowych obiektach (łączny dorobek wynosi 28 z 83 znanych tego typu zmiennych zaćmieniowych) powiększyłem nieco szansę, aby jeden z towarzyszy był tego rodzaju obiektem. W przyszłości planuję wykonać ich obserwacje, aby określić okres orbitalny. Jak na razie, nie udało się odkryć żadnego zaćmieniowego białego karła, który jest w pełni przesłaniany przez egzoplanetę. Ale to już trzeba mieć szczęście, skoro praktycznie zawsze mamy do czynienia jednak z czerwonym karłem

Poniżej przykładowe zdjęcia ukazujące "znikanie" białych karłów. Czerwony karzeł jest zbyt odległy, abyśmy go dostrzegli. Stąd obserwujemy w zasadzie kompletnie zniknięcie

11 Stycznia 2020

Czy dobrze rozumiem, że przyczyną spadku jasności ("znikania") wspomnianych białych karłów jest przejście egzoplanety przed tarczą białego karła ?

LibMar · 11 Stycznia 2020

9 minut temu, Bellatrix napisał:

Czy dobrze rozumiem, że przyczyną spadku jasności ("znikania") wspomnianych białych karłów jest przejście egzoplanety przed tarczą białego karła ?

W większości (>95%) przypadków chodzi o całkowite przesłonięcie białego karła przez czerwonego karła. Gazowe giganty są również wystarczająco duże, aby spowodować podobne spadki, ale znacznie krótsze. Tylko takich przypadków jeszcze nie odkryliśmy

11 Stycznia 2020

Ale rozumiem, że są szanse na zaobserwowanie takiego przypadku, gdzie ciałem "zasłaniającym" jest egzoplaneta (lub brązowy karzeł) ?

LibMar · 11 Stycznia 2020

14 minut temu, Bellatrix napisał:

Ale rozumiem, że są szanse na zaobserwowanie takiego przypadku, gdzie ciałem "zasłaniającym" jest egzoplaneta (lub brązowy karzeł) ?

Ciężko powiedzieć jeśli chodzi o egzoplanety… na razie znamy tylko jeden przypadek (i to niezaćmieniowy). A zaćmieniowych białych i brązowych karłów jest przynajmniej kilka znanych

Myślę, że duże szanse ma MGAB-V1134. Okres orbitalny jest ekstremalnie krótki, natomiast efekt refleksji dość mały. Same zaćmienia trwają zaledwie trzy minuty i są bliżej kształtu litery V niż U. To oznacza, że krótko po zakryciu mamy odkrycie. Czy to może być małe ciało? Być może, ale równie dobrze możemy mieć do czynienia z brzegowym zaćmieniem, kiedy większa gwiazda praktycznie na styk zakrywa i po chwili odkrywa. Ale to nie wszystko z MGAB-V1134. Jeśli okres orbitalny jest poprawny, będzie to układ z najkrótszym okresem, gdzie ciało niebieskie nie będące białym karłem obiega białego karła* (tu: 0.06231 d, rekord 0.0650 d). W tym przypadku akurat potrzebne są dodatkowe obserwacje, gdyż PanSTARRS-1 trochę średnio chce się wpasować, być może z powodu zbyt krótkiego okresu (np. niedokładna korekta JD na HJD). Ale efekt refleksji i kształt zaćmienia z danych ZTF wyglądają w porządku. A może jest tam jeszcze trzecie ciało, które zaburza grawitacyjnie

* - bo są dwa znane przypadki binarnych białych karłów, gdzie okres ten wynosi zaledwie kilkanaście minut.

kombinuj-licz · 11 Stycznia 2020

Poszukując gwiazd zmiennych analizujesz dane z sondy czy dane z wlasnych obserwacji? Czy moze z obydwu źródeł? Jeśli z obydwu źródeł to ciekawi mnie proporcja miedzy nimi. :g:

LibMar · 11 Stycznia 2020

Godzinę temu, kombinuj-licz napisał:

Poszukując gwiazd zmiennych analizujesz dane z sondy czy dane z wlasnych obserwacji? Czy moze z obydwu źródeł? Jeśli z obydwu źródeł to ciekawi mnie proporcja miedzy nimi.

Dane pochodzą z naziemnego teleskopu wykorzystywanego przez ZTF (i w niektórych przypadkach PanSTARRS-1 jako uzupełnienie). Jest to metoda data mining - projekty te publikują klatki i pomiary obserwowanych gwiazd. Automaty nie do końca się sprawdzają i pomijają niektóre obiekty. Często pojawiają się prace naukowe dopiero po wielu latach od momentu, kiedy teoretycznie można wśród danych coś zauważyć pominiętego, jak np. ta niżej, obejmująca ten sam typ obiektów: https://arxiv.org/abs/1502.05723

W moim przypadku publikację stanowi strona internetowa, w której mogę "zarezerwować" poprzez utrzymanie głównej nazwy i nazwiska odkrywcy (lub współodkrywcy). I to zachęca, aby w przyszłości zająć się nimi nieco dokładniej. Tak jakby zbieram dorobek, aby w przyszłości (po studiach i wybudowaniu własnego obserwatorium) móc realizować projekty gwiazd zmiennych. Te obiekty są idealne - przez całą noc śledzimy jedną gwiazdę szukając zaćmień. A takich obiektów, jak widać, jest niemało. A równie fajnie będzie zobaczyć za parę lat czyjąś pracę naukową, gdzie zmienna jest oznaczona jako MGAB, a nie jakieś SDSSy z dziesiątkami cyferek.

Poszukiwaniem gwiazd zmiennych metodą własnych obserwacji zacząłem na początku. Korzystałem z obiektywu 300mm f/2.8 i kamery ASI1600MM-c. Udało się odkryć kilkadziesiąt gwiazd zmiennych, jednak były one najbardziej pospolite. Dopiero przeglądanie archiwalnych pomiarów z projektów poszukiwawczych pozwoliło rozszerzyć moje działania. Nie korzystam z danych sondy TESS, choć kilku zagranicznych osób z nich używa do VSX. Uważam, że byłoby zbyt prosto - te dane na pewno były już przejrzane przez dziesiątki ludzi i niekoniecznie stanowi to prawdziwie nowe odkrycie. W przypadku ZTF i PS1 jest zupełnie inaczej. Tego jest MNÓSTWO i wiele wciąż czeka na zauważenie po raz pierwszy.

Moimi celami są tylko i wyłącznie rzadkie obiekty:

W bazie VSX jest ich bardzo mało (poniżej 50-250)
Metodą data mining można odkryć zaledwie garstkę
Stanowią główny temat prac naukowych (a idealnie, jeśli pojedyncza gwiazda nadaje się na pojedynczą pracę)

A te odkrywane metodą własnych obserwacji są po prostu bardzo pospolite (dziesiątki tysięcy, o ile czasem nie setki - jak typu Algola). Metoda data mining jest po prostu bardziej wydajna. Znajdując dany obiekt, przed wysłaniem można obserwować. Tylko czasem zadaję pytanie - po co? Czy taka obserwacja coś wniesie? Jest to prawda w przypadku tych białych karłów - mógłbym odnaleźć okres. Ale równie dobrze mogę skorygować pole Period po paru miesiącach. Ale i tak pierwsza data zgłoszenia się liczy. Ten typ jest akurat bardzo poszukiwany wśród wielu osób. Już wielokrotnie miałem taką sytuację, że daną gwiazdę zgłosił ktoś inny, bo po prostu miałem zbyt dużo oczekujących obiektów do wysłania. Straciłem także możliwość odkrycia niemal pewnego brązowego karła. Tak więc, lepiej zgłaszać pewne rzeczy wcześniej, mam jeszcze całe życie przed sobą

W przypadku MGAB-V287, razem z Bajastro i ANowak postanowiliśmy, że szybko przeprowadzimy obserwacje tego obiektu. Każdy z nas złapał przynajmniej jedno zaćmienie. I tak zgłosiliśmy razem z własnymi obserwacjami, nie tylko samymi archiwalnymi danymi. To był czas wakacji, miałem łatwy dostęp do sprzętu. Obecnie, w czasie studiów, niekoniecznie. Dlatego poszukiwanie z użyciem komputera jest nieco prostsze i praktycznie nigdy nie kończące się

LibMar · 20 Czerwca 2020

W dniu 11.01.2020 o 01:27, Thymo napisał:

Ale rozumiem, że są szanse na zaobserwowanie takiego przypadku, gdzie ciałem "zasłaniającym" jest egzoplaneta (lub brązowy karzeł) ?

W dniu 11.01.2020 o 15:45, LibMar napisał:

Już wielokrotnie miałem taką sytuację, że daną gwiazdę zgłosił ktoś inny, bo po prostu miałem zbyt dużo oczekujących obiektów do wysłania. Straciłem także możliwość odkrycia niemal pewnego brązowego karła. Tak więc, lepiej zgłaszać pewne rzeczy wcześniej, mam jeszcze całe życie przed sobą

W poszukiwaniu gwiazd zmiennych, przede wszystkim trzeba mieć cierpliwość. W maju 2020 roku zgłosiłem kolejne kilka sztuk zaćmieniowych białych karłów (łącznie w VSX jest 38 na 99), kolejne osiemnaście zgłoszę dopiero za tydzień, jak ZTF opublikuje kolejne pomiary i uda mi się odnaleźć parę kolejnych celów (żeby zrobić to za jednym razem).

Po miesiącu od opublikowania majowego MGAB-V3363, pojawiła się praca naukowa dokładnie opisująca charakter jego towarzysza. Był to zbyt krótki czas, aby jej autorzy zwrócili uwagę na moje zgłoszenie, tak więc nic tam nie zostało wspomniane o moim działaniu. Autorzy pracy naukowej oczywiście jako pierwsi zwrócili uwagę na to, że istnieje tam brązowy karzeł (WD 1032+011 b), natomiast ja tylko - że jest tam zaćmieniowy obiekt. Jest to nadal forma niezależnego współodkrycia, co jest wystarczające, aby wciąż uznać mój udział jako ważny. W związku z tym, baza danych egzoplanet (która zbiera także dane o brązowych karłach) wprowadziła dodatkową nazwę, MGAB-V3363 b (to pierwszy raz, kiedy MGABek ma w nazwie także "b" ).

Brązowy karzeł ma masę ~70 mas Jowisza (górna granica dla BD to 75-80 mas Jowisza) typu spektralnego ~L5 i ma promień niemal podobny, co największa planeta Układu Słonecznego (1.05 Rj). Jako ciekawostkę dodam, że do tej pory odkryto więcej egzoplanet niż brązowych karłów, a takich systemów WD+BD znamy zaledwie kilka.

Link do exoplanet.eu: http://exoplanet.eu/catalog/wd_1032+011_b/

Link do pracy naukowej (S. L. Casewell et al., 2020): https://arxiv.org/abs/2006.09417

Piszę o tym krótką notkę tutaj, gdyż obecnie pracujemy nad innym systemem WD+BD (który ma jeszcze jedną unikalną cechę) i będzie zasługiwał na oddzielny wątek

Jeśli chodzi o egzoplanety wokół białych karłów, jest to bardzo trudne zadanie. Szanse na odnalezienie moją metodą są nieznaczne, ale ponieważ MGABy stanowią połowę wszystkich znanych zaćmieniowych białych karłów (po dosłaniu tych 18), nie ma powodu mówić jeszcze o zerowym prawdopodobieństwie.

PS: Ten "stracony brązowy karzeł" okazał się być po prostu układem typu HW Virginis (sd+M), gdzie występują brzegowe zaćmienia.

Zdjęcia z Pan-STARRS1, na podstawie których wykryłem obecność zaćmień wokół MGAB-V3363.

Paether · 20 Czerwca 2020

Gwiazdy już nawet próbują się chować przed @LibMar ale jak widać bezskutecznie. I tak zostają "odkrywane"

Behlur_Olderys · 20 Czerwca 2020

2 godziny temu, LibMar napisał:

MGABy stanowią połowę wszystkich znanych zaćmieniowych białych karłów

Niesamowite. Po prostu brak mi słów

Swoją drogą: brązowe karły świecą mocniej w podczerwieni:

https://www.stsci.edu/~inr/ldwarf1.html

Gdyby tylko mieć kamerkę dosyć czuła w ir to może byłyby łatwiej takiego karła zobaczyć?

HAMAL · 20 Czerwca 2020

2 godziny temu, Behlur_Olderys napisał:

Swoją drogą: brązowe karły świecą mocniej w podczerwieni:

Hmm :uhm:

MGAB-V1134

DSS - http://aladin.unistra.fr/AladinLite/?target=11 00 45.160%2B52 10 43.80&fov=0.06&survey=P%2FDSS2%2Fcolor

2MASS - http://aladin.unistra.fr/AladinLite/?target=11 00 45.134%2B52 10 44.52&fov=0.06&survey=P%2F2MASS%2Fcolor

w SDSS też jest niebieski zamiast czerwony http://aladin.unistra.fr/AladinLite/?target=11 00 45.134%2B52 10 44.52&fov=0.06&survey=P%2FSDSS9%2Fcolor

Behlur_Olderys · 20 Czerwca 2020

8 minut temu, HAMAL napisał:

Hmm

Ech, @HAMAL... Na zdjęciach widać białego karła, którego @LibMar fotografował. Ale nie ma czerwonego karła, który powoduje zaćmienia ...

Pytanie: czy to w ogóle realne sfotografować taki obiekt w warunkach amatorskich.

BTW ciekawe jaka jest max separacja kątowa składników?

LibMar · 20 Czerwca 2020

9 godzin temu, Behlur_Olderys napisał:

Gdyby tylko mieć kamerkę dosyć czuła w ir to może byłyby łatwiej takiego karła zobaczyć?

Są na to trzy sposoby:

- Bezpośrednia detekcja przy użyciu kamery z dużym QE w IR. Obecne ASI trzeba byłoby wyposażyć w filtr IR850 lub fotometryczny z'. Najjaśniejsze brązowe karły są w miarę dobrze widoczne w filtrach z' oraz y' PS1, jednak wymagałyby długiego naświetlania (ok. 19+ mag w z', w g' 25+ mag) przez kilka godzin.

- Obserwacja zaćmienia na tle białego karła (przypadek z MGAB-V3363)

- Obserwacja efektu refleksji na orbicie (zmiany sinusoidalne sięgające do 0.1-0.2 mag o okresie równym obiegowi BD wokół WD).

6 godzin temu, HAMAL napisał:

MGAB-V1134

Sam biały karzeł jest wyjątkowo jasny i mocno przygasza brązowego karła. Jest on zwykle o ponad 10 mag słabszy w filtrze V niż biały karzeł.

6 godzin temu, Behlur_Olderys napisał:

BTW ciekawe jaka jest max separacja kątowa składników?

Tutaj mamy do czynienia z ekstremalnie kompaktowymi układami, często porównywalnymi do orbity księżycowej wokół Ziemi. Tutaj lepszą miarą będą mikrosekundy niż milisekundy kątowe

ekolog · 17 Września 2020

W dniu 11.01.2020 o 00:59, LibMar napisał:

Dlaczego są to "znikające" białe karły? Otóż, są to bardzo niewielkiego rozmiaru gwiazdy - często rozmiaru Ziemi lub nieco większe. Towarzyszem jest zazwyczaj relatywnie duża gwiazda. Przesłonięcie niewielkiego białego karła trwa dosłownie chwilę - widzieliśmy to m.in. na zlocie w przypadku MGAB-V287, która dosłownie zniknęła nam po 1-2 klatkach o czasie ekspozycji 30 sekund (i tak samo pojawiła się ponownie po zakończeniu zaćmienia).

Największą nadzieję w unikalności stanowią te, których zaćmienia trwają najkrócej, a efekt refleksji jest jak najmniejszy przy dość krótkim okresie. To oznacza, że wokół białego karła może krążyć brązowy karzeł lub nawet egzoplaneta!

Mamy to!

Wreszcie odkryto planetę przy pozostałości po gwieździe podobnej do Słońca czyli przy białym karle. Ten nazwa się WD 1856+534.

Przyciemnienie jest spowodowane przez planetę przechodzącą między białym karłem, a Ziemią.
56% światła białego karła jest tu blokowane co nie dziwi bo mogło być jeszcze gorzej.

Planeta tranzytująca ma rozmiary zbliżone do Jowisza, a zatem ma średnicę około dziesięciokrotnie większą od średnicy swojej gwiazdy

"Głęboki" (silnie przyciemniający) tranzyt planety na tle białego karła wydaje się łatwy do wykrycia, ale tranzyty są krótkie,
w tym przypadku trwają zaledwie 8 minut. Dlatego znalezienie tych planet wymaga drobiazgowego, ciągłego monitorowania białych karłów.

To stało się możliwe dopiero w ostatniej dekadzie, dzięki misjom takim jak TESS i Kepler.

Jednym z największych pytań, jakie wynikają z tego odkrycia, jest to, w jaki sposób planeta znalazła się tak blisko białego karła.
Planeta znajduje się zaledwie 4 promienie słoneczne od białego karła (lub około 20 razy bliżej białego karła niż Merkury od Słońca).
Zakładając, że wewnętrzny układ planetarny został pochłonięty przez rozszerzającą się gwiazdę, wydaje się niezwykle nieprawdopodobne,
aby planeta zawsze znajdowała się tak blisko swojej gwiazdy.

Są rozważane dwa wyjaśnienia.

Po pierwsze, planeta uniknęła zniszczenia, odrywając zewnętrzne warstwy od rozszerzającej się gwiazdy, gdy została pochłonięta. Waleczna

Po drugie, kilka odległych planet przeżyło śmierć gwiazdy, ale ich zmienione orbity spowodowały interakcje grawitacyjne
i obserwowana planeta została rzucona w kierunku białego karła.
To drugie wyjaśnienie wydaje się najbardziej prawdopodobne, a stwarza perspektywę wykrycia dodatkowych planet w tym układzie.

Biorąc pod uwagę, że WD 1856+534 znajduje się tylko 25 parseków (82 lata świetlnych) od Ziemi, efekty grawitacyjne od dalszych planet
dotyczące białego karła mogą być wykryte przez misje, takie jak obserwatorium kosmiczne Gaia.

Mamy zatem tam doskonałe poletko badań egzoplanetarnych.

https://www.nature.com/articles/d41586-020-02555-3

Planeta blisko białego karła to niebywale optymistyczna wiadomość.
Co prawda taki karzeł emituje nieprzyjemne promieniowania ale jednak lepiej mieć dostawy jakiejkolwiek energii, choćby kłopotliwej,
niż prawie żadnej (jak dziś na Plutonie).

Jeśli nie wszyscy ludzie wymigrują pod inne gwiazdy podczas zmian Słońca to będą przy takim karle ... walczyć o życie.

Siema
Link