Pulzáló vörös óriáscsillagok fényváltozásának idő-frekvencia analízise

Szerző: Bebesi Zsófia

Témavezető: Dr. Szatmáry Károly

SZTE

2003

Előadásvázlat

• Idő-frekvencia módszerek matematikai hátterének ismertetése

• TiFrAn

• A TiFrAn tesztelése szimulált adatsorokon

• Az AGB csillagok bemutatása

• A TiFrAn alkalmazásai valódi idősorok esetében:

24 hosszú periódusú, pulzáló vörös óriáscsillag vizuális észlelései.

• Összefoglalás

Stacionárius jelek Fourier-transzformációIdőben változó spektrális komponensek Idő-frekvencia eloszlások

Gábor-transzformáció:

Wavelet-transzformáció:

Idő-frekvencia módszerek

• Az analizáló (mother-) wavelet karakterisztikus szélessége fordítottan arányos az f próbafrekvenciával.

Az idő-frekvencia sík lefedése a Gábor- és a Wavelet-transzformációk bázisfüggvényeivel:

• STFT: az ablakszélesség minden frekvencián azonos• Wavelet: az ablakszélesség a frekvenciával skálázódik.

Általánosított idő-frekvencia eloszlásfüggvény (Cohen, 1966):

Wigner

Choi-Williams

Zhao-Atlas-Marks

Különböző tulajdonságú magfüggvények definiálhatók:

TiFrAn

Nem egyenletes mintavételezés (szakadás, űrök az adatsorban)

WAVL STFT CWD

ZAM WD PWD

Folyamatos periódusváltozás

WAVL STFT CWD

ZAM WD PWD

Random periódusváltozás

WAVL STFT CWD

ZAM WD PWD

Módusváltás

WAVL STFT CWD

ZAM WD PWD

Az Aszimptotikus Óriáság (AGB) csillagai

• Fényváltozás RADIÁLIS PULZÁCIÓ

• Kiterjedt burok vörös szín, alacsony Teff

(2500 - 3500 K)

• Kettős energiatermelés: a magot körülvevő H- és He-héjakban

• Alacsony felszíni gravitáció + pulzáció lökéshullámai: tömegvesztés (esetenként cirkumsztelláris anyag)

• Termális pulzusok, He-héj fellobbanások (Mirák) periódus- és luminizitásváltozás

Jellegzetes típusok:

• Félszabályos (SR)

• Mira

• RV Tauri

• 24 hosszú periódusú változó vizuális észleléseinek elemzése.

- 2 RV Tauri,

- 10 félszabályos,

- 12 Mira típusú csillag.

A TiFrAn csillagászati alkalmazásai

• Az adatsorok 3 nemzetközi publikus (AFOEV, VSOLJ, VSNET) és egy közvetett forrásból (AAVSO) származnak.

• A TiFrAn alkalmazása során ekvidisztáns idősorokra van szükség.

R Sct

WAVL

CWD

ZAM

RV Tauri típusú változók

RX UMa (SRb)

Amplitúdómoduláció: • 2 közeli frekvencia: f0 = 0.005 c/d f1 = 0.005288 c/d lebegés

Félszabályos változócsillagok

WAVL

CWD

ZAM

RY UMa (SRb)

• Hosszú periódusú amplitúdómoduláció változó átlagfényesség és amplitúdó Blazskó-effektus-szerű• Lapultság feltételezhető a rotáció hatásai megjelennek a fénygörbén

WAVL

CWD

ZAM

V Boo (SRa)

• Régóta tartó amplitúdócsökkenés konstans átlagfényesség és periódus mellett Lehetséges ok: csillapítás az ionizációs zónában

WAVL

CWD

ZAM

V CVn (SRa)

• Lebegés: f0 = 0.00515 c/d f1 = 0.0053 c/d A komponensek amplitúdói elég különbözőek: a jelenség nem látszik tisztán.

WAVL

CWD

ZAM

R Aql

WAVL

CWD

Mira típusú változócsillagok Folyamatos periódusváltozás He-héj fellobbanás Luminozitásváltozás periódusváltozásParabolikus O-C diagramok (egyenletes növekedés, vagy csökkenés) esetén.

S Ori

WAVL

CWD

T UMi

WAVL

CWD

Y Per

• Széngazdag• Hirtelen (400 nap alatt!) amplitúdó- csökkenés A periódus (256 nap) azóta a felére (127 nap) csökkent. Rezonancia?

Elvileg a konvekció is átrendezheti a csomófelületeket.

WAVL

CWD

ZAM

• Dolgozatomban a napjainkban egyre szélesebb körben ismertté és alkalmazottá váló idő-frekvencia módszerek egyik csillagászati alkalmazását mutattam be.

• Célom az egyes módszerek hatékonyságának feltérképezése, és általános jellemzőik vizsgálata volt a különféle időbeli lefutású és spektrális tulajdonságokkal rendelkező adatsorokra vonatkozóan.

• Munkám során az MTA KTM CSKI munkatársai (Kolláth Zoltán, Csubry Zoltán) által kifejlesztett szoftvert, a TiFrAn-t használtam.

• Rövid áttekintést adtam az idő-frekvencia módszerek matematikai alapjairól különös tekintettel a TiFrAn-nal kiszámítható eloszlásfüggvények fontosabb tulajdonságaira.

• Az egyes módszereknek a periódusanalízis során mutatott hatékonyságát 14 szimulált adatsoron teszteltem (ezek közül az előadás kereteiben 4-et mutattam be).

• Valódi égitestek esetében a TiFrAn-nal 24 hosszú periódusú változócsillag vizuális fényességadatait elemeztem, melyeket nemzetközi adatbázisokból (AFOEV, VSOLJ, VSNET, AAVSO) gyűjtöttem össze.

• A vizsgált égitestek a HRD Aszimptotikus Óriáságán elhelyezkedő, a csillagfejlődés egyik legvégső stádiumában tartózkodó, radiálisan pulzáló vörös változók (SR, Mira, RV Tauri).

• Pulzációjukban feltehetőleg többnyire jellegzetes evolúciós hatások (tömegvesztés, konvekciós átrendeződés, He-héj fellobbanások, rezonanciák) állnak, melyek minél szélesebb körű feltérképezése az asztrofizika fontos feladatainak egyike.

• A kiválasztott csillagok észlelt rezgési sajátosságait - a rendelkezésre álló szakirodalmi forrásokra támaszkodva - külön-külön vizsgáltam, keresve a folyamatok hátterében húzódó fizikai okokat.

Összefoglalás

• Néhány Mira típusú csillag az utóbbi időszakban folyamatos periódusváltozást mutatott, melyet feltehetőleg a magot körülvevő He-héj nukleáris fellobbanása (Wood & Zarro, 1981) váltott ki.

• Erre a jelenségre vonatkozóan a korábbi eredményekből TDK-dolgozat (Bebesi, 2002), valamint a T UMi drasztikus perióduscsökkenésének elemzésére A&A publikáció (Szatmáry, Kiss & Bebesi, 2003) is született.