Les RR Lyrae, une famille d’étoiles pulsantes

Pierre de PonthièreAAVSO member (DPP)

CBA Lesve

GEOS

www.dppobservatory.net

2010/09/30

Structure de l’exposéThéorie

• Rappel de l’évolution des étoiles

• Les RR Lyrae dans le diagramme HR

• Quelques caractéristiques– période– masse– courbes de lumière (RR Lyr ab, c)

• Mécanisme de la pulsation

Structure de l’exposéPratique – Apport des amateurs

• Courbe de lumière par photométrie• Détermination du maximum• Analyse des maxima

– (O-C)– dérive des maxima– détermination de la periode de dérive : effet Blazhko

• Comparaison de quelques RR Lyrae • Derniers résultats de télescopes spatiaux• Partager et communiquer les résultats

– GEOS Groupe Européen d’Observation Stellaire

– AAVSO American Association of Variable Star Observers

RR Lyrae une classe de Variables

• Etoiles variables– dénomination : NU Aur, CX Lyr, R Lyr, V593 Her

• Classes, dénomées suivant le prototype – RR Lyr, delta Cep (Céphéïdes) pulsantes– U Gem, SU UMa cataclysmiques– Mira (LPV) Variables à Longues Périodes

•RR Lyrae dans M3

RR Lyrae découvertes par

W. Fleming en 1899

(assistante de Pickering)

Diagramme HR (Hertzsprung-Russell)

Luminosité absolue

versus

Température = Couleur

Diagonale = Séquence principale

lieu des étoiles « normales »

Massive = bleue = vie courte

Faible masse = rouge = longue vie

•

•

Vie d’une étoile dans le diagramme HR (Hertzsprung-Russell)

• Vie tranquille dans la séquence principale (fusion de l’hydrogène en hélium 500 M T/s) pendant 10 milliards d’années.

•Température du noyau10 M 0C

• Masse des RR Lyrae = 0.7 M☼

• Après une dizaine de milliards d’années hydrogène est épuisé dans le noyau de l’étoile.

Magnitude absolue = magnitudeà 10 parsec (32.6 années lumière)

L’étoile peut devenir une RR Lyrae

• L’étoile quitte la séquence principale

• L’hydrogène de l’enveloppe continue à fusionner et l’étoile grimpe la branche des géantes

• Le noyau se contracte et lorsque l’on atteint le sommet de la branche, la température du noyau devient suffisante (100 M 0C)pour que l’hélium fusionne. Flash de l’hélium

•L’étoile descend très rapidement et atteint le croisement des bandes horizontale et d’instabilité elle pulse

RR Lyrae dans M5 (amas globulaire)

•douces

Sky & Telescope (December 2010)

Caractéristiques des RR Lyrae

• RR ab •montée très rapide, descente lente, plateau au minimum avec un “bump”

• période 0.4 à 0.7 jour

• RR c

• pas de plateau, pentes douces

• période 0.2 à 0.5 jour

• Période 0.1 à 1.0 jour

• Masse 0.7 M☼

• Diamètre 4 à 6 D☼

• Température externe 6100 à 7400 K

• Pauvre en ‘métal’

• Noyau de forte densité (7 T/dm3) et une enveloppe légère

• Etoile agée

Caractéristiques des RR Lyrae

• Au minimum de luminosité

• tend vers le rouge

• température basse

• minimum de rayon

• Au maximum de luminosité

• tend vers le bleu,

• température élevée

• expansion vient de démarer

• Variation du rayon environ 15%

• Vitesse radiale 60 - 70 km/s RRab

• Vitesse radiale 30 - 40 km/s RRc

•L = k R2 T4

Mécanisme de pulsation

• Pulsation = phénomène périodique

• Similaire à la vibration d’une corde de violon ou d’une balançoire

• le mouvement devrait s’amortir?

• avec un rayonnement continu de l’énergie, la pulsation devrait cesser après 8 000 ans ( c.à.d. un millionième de la vie de l’étoile...)

•dans une balançoire, papa donne une impulsion ...

• L’impulsion nécessaire est fournie par un système de valve (Eddington 1917) qui module le flux d’énergie.

• comme dans un moteur thermique

• de l’hélium ionisé dans la couche externe rend celle-ci opaque

• lorsque l’étoile se comprime la température s’élève et l’hélium s’ionise et devient opaque (k-mécanisme).

• la chaleur s’accumule et accroit la pression -> impulsion recherchée

• Ensuite la pression devient suffisante pour relancer l’expansion .

Pratique

Mesures des RR Lyrae par les amateurs

=Contribution scientifique reconnue

Backyard Science

Pratique – Courbe de lumière

• Mesure de la luminosité de l’étoile en fonction du temps

• Télescope couplé à une caméra photométrie

• Calcul des éphémérides de l’étoile

• Localisation de l’étoile dans le ciel

Photométrie en très bref...

• Aperture encercle l’étoile• Annulus mesure le fond• Gap zone mixte non-mesurée• B = Moyenne en ADU du fond

• F = (ADU étoile – B)• on calcule F objet / F référence

Mesure du maximum

– Temps du maximum en en Jour Julien avec correction héliocentrique.

– Magnitude au maximum

JD : Jour Julien

• JD = Julian Day = Jour Julien 2 454 833 = 1/1/2009 • Numérotation des jours depuis

le lundi 1er Janvier 4713 BC à 12h UT• Pas de Jours Juliens locaux – tjs Greenwich • Echappe aux caprices du calendrier (y.c. réforme du Pape

Grégoire en Octobre 1582)• Change à 12h UT• Internet fournit des calculateurs

http://aa.usno.navy.mil/data/docs/JulianDate.php

Ephémérides

• Phénomène périodique

• T n = T0 + n Période

• Exemple avec une période de 13h = 0.54167 jour

• T0 = 10/9/2010 à 2h UT 2455449.58333

• T1 = 10/9/2010 à 15h UT 2455450.12500

• T2 = 11/9/2010 à 4h UT 2455450.66667

• T3 = 11/9/2010 à 17h UT 2455451.20833

• T4 = 12/9/2010 à 6h UT

CX Lyr : 2008 -2009 - 2010

• CX Lyr (type RR Lyr ab)• Correction héliocentrique (JD -> HJD)• Détermination de la période (Analyse Fourier)

HJD = 2454677.5688 + 0.616703 E

CX Lyr Folded Light curve

• Variations de la magnitude au maximum• Avance Retard du maximum

Effet Blazhko (mystère depuis un siècle...)

Effet Blazhko

Diagramme (O-C)• Observé – Calculé (2008)• Estimation de la période Blazhko = 62j

0.01 j = 14.4 min

Diagramme (O-C)• Observé – Calculé (2008 2009 2010)

CX Lyr : Folded (O-C) & MagPériode Blazhko = 68 j (estimation en 2008 = 62 j)

VY CrBPériode Blazhko = 33.4 j

NU AurPériode Blazhko = 114 j ??

Satellite CoRoT•Mesure en continu “le rêve”

•Blazhko period 17.86 j

Satellite Kepler

• Découverte d’un phénomène d’un doublement de la période : une piste pour expliquer l’effet Blazhko??

Réseaux pour amateurs-

Partager et communiquer les résultats-

Support des professionnels

– AAVSO (American Associate of Variable Star Observer) http://www.aavso.org/plus de 1000 membresorganisation importante

(10 à 15 permanents, dont des astronomes professionnels)site completdeux réunions par an

– GEOS (Groupe Européen d’Observation Stellaire)http://rr-lyr.ast.obs-mip.fr/ http://geos.webs.upv.es/une trentaine de membrespetite organisation sur centrée sur les RR Lyraecomprend plusieurs professionnelsune réunion par an en Italie à Ca’ del Monte

Littérature– Understanding Variable Stars

by John R. Percy Cambridge University Press

– RR Lyrae Starsby Horace A. Smith Cambridge University Press

– CX Lyrae 2008 Observing Campaignby P. de Ponthière, J.F. Le Borgne and F.J HambschJAAVSO Vol 37, 2009 http://www.aavso.org/sites/default/files/jaavso/v37n2/117.pdf

– CoRoT light curves of RR Lyrae stars. CoRoT 101128793: long-term changes in the Blazhko effect and excitation of additional modesby E. Poretti, , J.F. Le Borgne et al. June 2010 http://arxiv.org/abs/1006.5824

– Does Kepler unveil the mystery of the Blazhko effect? First detection of period doubling in Kepler Blazhko RR Lyrae starsby R. Szabo et al. June 2010 http://arxiv.org/abs/1007.3404

THE END