Asteroseismic picture of the Delta Scuti star HD 41641 based on CoRoT photometry and HARPS high-resolution spectroscopy

Ana Escorza


p { margin-bottom: 0.25cm; direction: ltr; line-height: 120%; text-align: left; widows: 2; orphans: 2; }
Carl Sagan zei ooit, “Er zijn meer sterren in het Universum dan zandkorreltjes van alle stranden op aarde samen”. Wanneer dit duizelingwekkend aantal je nog niet verbaast, wees je er dan bewust van dat alles wat je ziet, aanraakt, eet, ja zelfs je lichaam, is samengesteld uit sterrenstof.

Asteroseismic picture of the Delta Scuti star HD 41641 based on CoRoT photometry and HARPS high-resolution spectroscopy

p { margin-bottom: 0.25cm; direction: ltr; line-height: 120%; text-align: left; widows: 2; orphans: 2; }

Carl Sagan zei ooit, “Er zijn meer sterren in het Universum dan zandkorreltjes van alle stranden op aarde samen”. Wanneer dit duizelingwekkend aantal je nog niet verbaast, wees je er dan bewust van dat alles wat je ziet, aanraakt, eet, ja zelfs je lichaam, is samengesteld uit sterrenstof. Sterren zijn chemische fabrieken waarin de meeste stoffen die wij kennen geproduceerd worden.

 

Moest je in een ster kunnen duiken om haar kern te bekijken, dan zou je een enorme kernreactor ontdekken die in staat is om vanuit waterstof alle chemische elementen te maken. Door de kernreacties komen enorme hoeveelheden energie vrij in de ruimte. Deze straling is niet enkel een noodzakelijke voorwaarde voor leven op aarde maar laat ons ook getuige zijn van de oogverblindende schoonheid van het Universum. Zij die ooit het geluk hadden om ver weg van de lichtvervuiling van steden en gemeenten de Melkweg te observeren kunnen getuigen dat niet enkel de schoonheid van de schittering maar ook de onvatbare uitgebreidheid de dagelijkse problemen doen vervagen, al was het maar voor even.

 

Onze fascinatie voor sterren is een oud gegeven. Doorheen de geschiedenis heeft hun bedwelmende schoonheid ons aangezet om te proberen hun mysteries te ontrafelen. Door middel van eenvoudige observaties kon de mens reeds veel te weten komen over de evolutie en structuur van sterren en sterrenstelsels. De ontwikkelingen in techniek en wetenschap zorgden voor nieuwe methodes om het Universum te bestuderen. De meeste kennis werd vergaard door gedetailleerde studies van het licht afkomstig van sterren. Hoewel we nu al veel weten, bijvoorbeeld over de kenmerken van het steroppervlak en de uitgezonden straling, blijven vele vragen onopgelost.

 

Het belang van sterren kan je nooit overschatten: zonder sterren is er immers geen leven mogelijk. Om meer over sterren te weten te komen willen we graag een kijkje kunnen nemen in hun kern. Er werkelijk naar toe trekken is jammer genoeg niet mogelijk gezien de anders levensnoodzakelijke straling ons zou vernietigen nog voor we de atmosfeer van de ster bereikt hebben. Daarenboven kunnen we de kern niet ‘zien’, geen enkele telescoop kan immers dieper kijken dan het steroppervlak.

 

Hoe kunnen we de mysteries van de sterkern dan ontrafelen? Deze vraag won aan belang toen wetenschappers ontdekten dat de kern van onze eigen zon, de ster die we elke dag zien (tenzij je in België woont) en ons in leven houdt, minder toegankelijk is dan eender welk ander gebied in de ruimte. In 1926 schreef Sir Arthur Eddington in zijn boek over sterstructuur: “onze telescopen kunnen alsmaar verder en verder in de ruimte kijken maar er blijven dichtbij barrières die ondoordringbaar zijn”.

 

Gelukkig zijn sterkernen vandaag niet meer zo onbereikbaar. Ooit was het inwendige van de aarde ook een mysterie. Na de publicatie van Jules Verne’s “Voyage au centre de la Terre” duurde het nog anderhalve eeuw voor men de inwendige structuur van onze planeet begon te begrijpen door het bestuderen van aardbevingen. Ook in sterren heb je bevingen. De studie van deze bevingen heet asteroseismologie, een tak van de sterrenkunde met groeiende populariteit.

 

Een ster is een grote gassfeer en sterbevingen zorgen dat deze oscilleert. De voortplanting van golven in hun binnenste doet hen oscilleren, uitzetten en inkrimpen, vergelijkbaar met ons hart. Hierdoor ontstaan er zeer kleine variaties in het licht dat we ontvangen van de ster. Dankzij vernuftige instrumenten kunnen we deze oscillaties waarnemen en door analyse verkrijgen we zo informatie over de sterkern die anders onbereikbaar zou zijn.

 

Niet alle sterren oscilleren op de zelfde manier. Sommigen vertonen zeer eenvoudige variaties terwijl anderen zeer complexe patronen vertonen. Deze verschillen laten ons toe om gelijkaardige sterren te groeperen en anderen van elkaar te onderscheiden. Een specifieke groep, de Delta Scuti sterren, waren één van de eerste groepen sterren die men zag oscilleren. Zij vormen nog steeds een grote uitdaging. In hun binnenste planten akoestische golven zich voort, net als in de buis van een klarinet of trompet. Die golven bereiken het oppervlak en kunnen “gehoord” worden door onze telescopen. Een muzieknoot klinkt niet hetzelfde wanneer deze gespeeld wordt door een klarinet of een trompet. Je moet geen expert zijn om in te zien dat dit veroorzaakt wordt door de vorm en het materiaal van het instrument. Wanneer we nu een bepaalde noot spelen, kunnen we horen van welk instrument deze afkomstig is. Hetzelfde kunnen we toepassen op oscillaties van sterren. De geluidsgolven die onze telescoop detecteren worden beïnvloed tijdens hun reis doorheen de ster waardoor ze een rijkdom aan informatie bevatten over de eigenschappen van de inwendige sterlagen.

 

Ondanks de hoge moeilijkheidsgraad ervan, zorgde deze techniek voor het ontrafelen van mysteries die wetenschappers tientallen jaren bezighielden. HD 41641 is een Delta Scuti ster die tot enkele maanden geleden volledig onbekend was. Ana Escorza Santos koos voor een uitdagend onderwerp en kon in het kader van haar master thesis aan de hand van waarnemingen vanop aarde en vanuit de ruimte, dankzij de techniek van asteroseismologie, de diepste geheimen van deze ster ontrafelen.

 

Bibliografie

Aerts, C. 1996, A&A, 314, 115Aerts, C., Christensen-Dalsgaard, J., & Kurtz, D. W. 2010, AsteroseismologyAerts, C., de Pauw, M., & Waelkens, C. 1992, A&A, 266, 294Antoci, V., Handler, G., Campante, T. L., et al. 2011, Nature, 477, 570Antoci, V., Cunha, M., Houdek, G., et al. 2014, ApJ, 796, 118Asplund, M., Grevesse, N., Sauval, A. J., & Scott, P. 2009, ARA&A, 47, 481Auvergne, M., Bodin, P., Boisnard, L., et al. 2009, A&A, 506, 411Balona, L. A., Catanzaro, G., Abedigamba, O. P., Ripepi, V., & Smalley, B. 2015, MNRAS,448, 1378Balona, L. A., & Dziembowski, W. A. 2011, MNRAS, 417, 591Baudin, F., Baglin, A., Orcesi, J.-L., et al. 2006, in ESA Special Publication, Vol. 1306,ESA Special Publication, ed. M. Fridlund, A. Baglin, J. Lochard, & L. Conroy, 145Boisnard, L., & Auvergne, M. 2006, in ESA Special Publication, Vol. 1306, ESA SpecialPublication, ed. M. Fridlund, A. Baglin, J. Lochard, & L. Conroy, 19Bowman, D. M., & Kurtz, D. W. 2014, MNRAS, 444, 1909Breger, M., Lenz, P., & Pamyatnykh, A. A. 2009, MNRAS, 396, 291Breger, M., Stich, J., Garrido, R., et al. 1993, A&A, 271, 482Breger, M., Balona, L., Lenz, P., et al. 2011, MNRAS, 414, 1721Christensen-Dalsgaard, J. 2000, in Astronomical Society of the Pacific Conference Series,Vol. 210, Delta Scuti and Related Stars, ed. M. Breger & M. Montgomery, 187Dupret, M.-A., Grigahc`ene, A., Garrido, R., et al. 2005, MNRAS, 361, 476Eddington, A. S. 1926, The Internal Constitution of the StarsGarcía Hernández, A., Moya, A., Michel, E., et al. 2009, A&A, 506, 79García Hernández, A., Moya, A., Michel, E., et al.2013, A&A, 559, A63Gilliland, R. L. 1995, in Astronomical Society of the Pacific Conference Series, Vol. 76,GONG 1994. Helio- and Astro-Seismology from the Earth and Space, ed. R. K. Ulrich,E. J. Rhodes, Jr., & W. Dappen, 578Gontcharov, G. A. 2006, Astronomy Letters, 32, 759Grenier, S., Baylac, M.-O., Rolland, L., et al. 1999, A&AS, 137, 451Guenther, D. B., & Brown, K. I. T. 2004, ApJ, 600, 419Guenther, D. B., Demarque, P., Kim, Y.-C., & Pinsonneault, M. H. 1992, ApJ, 387, 372Hansen, C. J., & Kawaler, S. D. 1994, Stellar Interiors. Physical Principles, Structure,and Evolution.Høg, E., Fabricius, C., Makarov, V. V., et al. 2000, A&A, 355, L27Iglesias, C. A., & Rogers, F. J. 1996, ApJ, 464, 943Kaufer, A., & Pasquini, L. 1998, in Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers(SPIE) Conference Series, Vol. 3355, Optical Astronomical Instrumentation, ed.S. D’Odorico, 844–854Kippenhahn, R., & Weigert, A. 1990, Stellar Structure and EvolutionKoch, D. G., Borucki, W. J., Basri, G., et al. 2010, ApJL, 713, L79Kochukhov, O. 2004, A&A, 423, 613Kochukhov, O. 2011, in IAU Symposium, Vol. 273, IAU Symposium, ed. D. Prasad Choudhary& K. G. Strassmeier, 249–255Kolbas, V., Pavlovski, K., Southworth, J., et al. 2015, ArXiv e-prints, arXiv:1506.01254Kurtz, D. W. 1992, MNRAS, 259, 701Kurtz, D. W., Saio, H., Takata, M., et al. 2014, MNRAS, 444, 102Kurtz, D. W., Shibahashi, H., Murphy, S. J., Bedding, T. R., & Bowman, D. M. 2015,MNRAS, 450, 3015Lampens, P., Tkachenko, A., Lehmann, H., et al. 2013, A&A, 549, A104Lehmann, H., Tsymbal, V., Mkrtichian, D. E., & Fraga, L. 2006, A&A, 457, 1033Lenz, P., & Breger, M. 2005, Communications in Asteroseismology, 146, 53Lovis, C., Pepe, F., Bouchy, F., et al. 2006, in Society of Photo-Optical InstrumentationEngineers (SPIE) Conference Series, Vol. 6269, Society of Photo-Optical InstrumentationEngineers (SPIE) Conference Series, 0Mantegazza, L. 2000, in Astronomical Society of the Pacific Conference Series, Vol. 210,Delta Scuti and Related Stars, ed. M. Breger & M. Montgomery, 138Mantegazza, L., Poretti, E., Michel, E., et al. 2012, A&A, 542, A24Matthews, J. M. 2007, Communications in Asteroseismology, 150, 333Pamyatnykh, A. A. 2000, in Astronomical Society of the Pacific Conference Series, Vol.210, Delta Scuti and Related Stars, ed. M. Breger & M. Montgomery, 215Pápics, P. I. 2013, PhD thesis, Instituut voor Sterrenkunde, KU Leuven, BelgiumPápics, P. I., Briquet, M., Baglin, A., et al. 2012, A&A, 542, A55Petersen, J. O. 1973, ApJ, 27, 89Petersen, J. O.1978, ApJ, 62, 205Poretti, E., Rainer, M., Mantegazza, L., et al. 2013, in Astrophysics and Space ScienceProceedings, Vol. 31, Stellar Pulsations: Impact of New Instrumentation and NewInsights, ed. J. C. Su´arez, R. Garrido, L. A. Balona, & J. Christensen-Dalsgaard, 39Poretti, E., Alonso, R., Amado, P. J., et al. 2005, AJ, 129, 2461Poretti, E., Michel, E., Garrido, R., et al. 2009, A&A, 506, 85Rodríguez, E., & Breger, M. 2001, A&A, 366, 178Saio, H., Kurtz, D. W., Takata, M., et al. 2015, MNRAS, 447, 3264Schmid, V. S., Themessl, N., Breger, M., et al. 2012, Astronomische Nachrichten, 333,1080Schrijvers, C., Telting, J. H., Aerts, C., Ruymaekers, E., & Henrichs, H. F. 1997, A&AS,121, 343Shulyak, D., Tsymbal, V., Ryabchikova, T., St¨utz, C., & Weiss, W. W. 2004, A&A, 428,993Stellingwerf, R. F. 1978, ApJ, 224, 953Tkachenko, A., Lehmann, H., Smalley, B., Debosscher, J., & Aerts, C. 2012, MNRAS,422, 2960Tkachenko, A., Van Reeth, T., Tsymbal, V., et al. 2013, A&A, 560, A37BIBLIOGRAPHY 82Tsymbal, V. 1996, in Astronomical Society of the Pacific Conference Series, Vol. 108,M.A.S.S., Model Atmospheres and Spectrum Synthesis, ed. S. J. Adelman, F. Kupka,& W. W. Weiss, 198Uytterhoeven, K., Moya, A., Grigahc`ene, A., et al. 2011, A&A, 534, A125van Leeuwen, F. 2007, A&A, 474, 653Walker, G., Matthews, J., Kuschnig, R., et al. 2003, PASP, 115, 1023Wenger, M., Ochsenbein, F., Egret, D., et al. 2000, A&AS, 143, 9Zima, W. 2006, A&A, 455, 227Zima, W. 2008, Communications in Asteroseismology, 155, 17Zima, W., Lehmann, H., St¨utz, C., Ilyin, I. V., & Breger, M. 2007, A&A, 471, 237Zwintz, K., Lenz, P., Breger, M., et al. 2011, A&A, 533, A133Zwintz, K., Fossati, L., Ryabchikova, T., et al. 2014, Science, 345, 550

Universiteit of Hogeschool
Master of Science of Astronomy and Astrophysics
Faculty of Science
Publicatiejaar
2015
Kernwoorden
Share this on: