מחקר חדש חושף תובנות עמוקות על מבנה והתפתחות כוכבים קפאידים באמצעות מדידות רדיאליות מדויקות, ומציע גישות חדשות לחקר היקום באמצעות טכנולוגיות מתקדמות
"קפאידים קלאסיים" הם סוג של כוכבים פועמים שהבהירות הנראית שלהם משתנה בקצב קבוע עם הזמן. הפעימות האלה יכולות לעזור לאסטרונומים למדוד מרחקים עצומים בחלל, ולכן קפאידים הם "נרות תקניים" חיוניים שעוזרים לנו להבין את הגודל וההיקף של היקום שלנו.
למרות חשיבותם, קשה לחקור קפאידים. הפעימות שלהם ואינטראקציות פוטנציאליות עם כוכבים נלווים יוצרים דפוסים מורכבים שקשה למדוד במדויק. מכשירים ושיטות שונים שבהם השתמשו במשך השנים הובילו לנתונים לא עקביים, שהקשו עלינו להבין כוכבים אלה.
"המעקב אחרי פעימות קפאידים באמצעות מדידת מהירות באיכות גבוהה נותן לנו תובנות על המבנה של כוכבים אלה ואיך הם מתפתחים", אומר ריצ'רד אנדרסון, אסטרופיזיקאי ב-EPFL. "במיוחד, מדידות של מהירות ההתפשטות וההתכווצות לאורך קו הראייה – המכונה מהירות רדיאלית – מספקות מקביל קריטי למדידות בהירות מדויקות מהחלל. אולם יש צורך דחוף במהירויות רדיאליות באיכות גבוהה כי יקר לאסוף אותן ומעט מכשירים יכולים לעשות זאת".
אנדרסון הוביל צוות של מדענים שעשה בדיוק את זה באמצעות פרויקט ולוס (VELOCE, מהירויות של קפאידים), שיתוף פעולה גדול שבמשך 12 שנים אסף יותר מ-18,000 מדידות מאוד מדויקות של 258 מהירויות רדיאליות של קפאידים באמצעות ספקטרוגרפים מתקדמים בין 2010 ו-2022. "הנתונים האלה ישמשו כעוגן כדי לקשר תצפיות של קפאידים מטלסקופים שונים עם הזמן בתקווה לעודד את המשך המחקר על ידי הקהילה".
ולוס מבוסס על תצפיות מהטלסקופ השוויצרי אוילר בצ'ילה ומהטלסקופ הפלמי מרקטור בלה פלמה. "חשוב להבין את המהות והפיזיקה של קפאידים כי הם מספקים לנו מידע איך כוכבים התפתחו באופן כללי, ובגלל שאנחנו מסתמכים עליהם כדי לקבוע מרחקים ואת קצב ההתפשטות של היקום".
הדיוק הנפלא והיציבות ארוכת הטווח של המדידות אפשרו תובנות חדשות מעניינות על אופן הפעימה של קפאידים", אומר הדוקטורנט ג'ורדנו ויויאני. "הפעימות גורמות לשינויים במהירות הרדיאלית של עד 70 ק"מ בשנייה או בערך 250,000 ק"מ בשעה. מדדנו את השינויים האלה בדיוק טיפוסי של 120 קמ"ש (37 מטר בשנייה), ובחלק מהמקרים אפילו 7 קמ"ש (2 מטר בשנייה), שזה פחות או יותר מהירות הליכה מהירה של אדם".
כדי לקבל מדידות כל כך מדויקות, חוקרי ולוס השתמשו בשני ספקטרוגרפים עם הפרדה גבוהה, שמפרידים ומודדים אורכי גל בקרינה א"מ: הרמס בחצי הכדור הצפוני וקורלי בדרומי. מחוץ לוולוס, קורלי מפורסם במציאת כוכבי לכת חוץ-שמשיים והרמס הוא סוס עבודה של אסטרופיזיקה כוכבית.
שני הספקטרוגרפים זיהו שינויים זעירים באור של הקפאידים, המצביעים על התנועות שלהם. החוקרים השתמשו בטכניקות מתקדמות כדי להבטיח שהמדידות שלהם יציבות ומדויקות, ותיקנו אותן בגלל סחף מכשירים ושינויים אטמוספריים. "אנו מודדים מהירויות רדיאליות באמצעות אפקט דופלר", מספיר אנדרסון. "זה אותו אפקט שהמשטרה משתמשת בו כדי למדוד מהירות, וגם האפקט שמכירים מהשינוי בטון כשאמבולנס מתקרב או מתרחק מאיתנו".
התצפיות של ולוס עוקבות אחרי ההתפשטות וההתכווצות של כוכבים קפאידים עם דיוק חסר תקדים. משמאל: הספקטרומים הנצפים של הארכיטיפוס הקפאידי דלתא בקפאוס כשאורכי הגל שלהם משתנים בגלל הפעימות. מימין: עקומת המהירות הרדיאלית שנמדדה בוולוס, כשהגודל המשתנה של הכוכב מוצג (לא לפי קנה מידה) באמצעות סמלים בצורת כוכבים (התפשטות משמאל לקו המקווקו, התכווצות מימין לקו).
קרדיט: R.I. Anderson (EPFL)
פרויקט ולוס חשף כמה פרטים מרתקים על כוכבים קפאידים. לדוגמה, הנתונים של ולוס מספקים את המבט המפורט ביותר עד כה על סדרת הרצשפרונג – דפוס בפעימות של כוכבים – המראה גבעות כפולות שיא שלא היו ידועות קודם ויתנו רמזים להבין טוב יותר את המבנה של קפאידים בהשוואה למודלים תאורטיים של כוכבים פועמים.
הצוות מצא שכמה קפאידים מראים מִשְׁתַּנּוּת מאוּפננת מורכבת בתנועה שלהם. זה אומר שהמהירות הרדיאלית של הכוכב משתנה באופנים שאי אפשר להסביר באמצעות דפוסי פעימות סדירים פשוטים. במילים אחרות, למרות שהיינו מצפים שקפאידים יפעמו במקצב ניתן לחיזוי, נתוני ולוס מגלים שינויים נוספים, בלתי צפויים, בתנועות האלה.
השינויים האלה לא עולים בקנה אחד עם מודלי הפעימות התאורטיים ששימשו באופן מסורתי לתיאור קפאידים. "עולה מכך שיש תהליכים מורכבים יותר המתרחשים בכוכבים האלה, כמו אינטראקציות בין שכבות שונות של הכוכב, או אותות פעימות נוספים (לא רדיאליים) שעשויים לאפשר לקבוע את המבנה של כוכבים קפאידים באמצעות אסטרוסייסמולוגיה", אומרת הפוסט דוקטורנטית הנריקה נצל. גילויים ראשונים של אותות כאלה המבוססים על ולוס מדווחים במאמר נלווה.
במחקר גם זיהו 77 כוכבים קפאידים שהם חלק ממערכת בינארית (שני כוכבים המקיפים אחד את האחר) ומצאו 14 נוספים פוטנציאליים. מאמר נלווה מתאר מערכות אלה בפירוט, ומוסיף להבנתנו לגבי איך כוכבים אלה מתפתחים והאינטראקציה ביניהם. "אנו רואים שלשליש מהקפאידים בערך יש נלווה בלתי נראה שאת נוכחותו אפשר לקבוע על ידי אפקט דופלר", אומרת המחברת הראשית שרייה שטיה.
עוד בנושא באתר הידען:
