2015.06.10. - Rövid aktivitási ciklusok Kepler-adatokban

Az MTA CSFK CSI kutatói a rotációs periódus változásából kilenc késői színképtípusú, de gyorsan forgó csillagnál mutatták ki aktivitási ciklus jelenlétét a Kepler-űrteleszkóp adatai alapján.

A csillagok aktivitási ciklusával a születő aktív régiók csillagrajzi szélessége is változik. Mivel a csillagfelszín különböző szélességeken más-más sebességgel forog, ez a változás a mért forgási periódus változásából kimutatható. Az MTA CSFK CSI kutatói e módszert alkalmazva 9 gyorsan forgó, késői spektráltípusú csillag esetében mutatták ki aktivitási ciklus jelenlétét a Kepler-űrtávcső adataiban.

A Nap aktivitása közvetlenül befolyásolja a földi életet, még ha ez a tény a hétköznapokban csak csillagunk aktivitásának maximumakor (mostanában), vagy elszabadult fantáziájú forgatókönyvírók katasztrófafilmjeiben jelenik meg a médiában. Ennek egyik megjelenése az aktivitási ciklus, amely a Napnál egy körülbelül 11 éves (a mágneses pólusokat is figyelembe véve 22 éves) periódust jelent. Ehhez hasonló ciklusokat más csillagokon is ismerünk, ezeket szisztematikusan az 1960-as évektől kezdték kutatni a Mt. Wilson égboltfelmérés keretében, ahol a csillagaktivitás egyik fontos indikátorát, a csillagspektrum kalcium H és K régiójának emisszióját vizsgálták az egy évtizedeken átívelő adatgyűjtés során.

A Nap 11 éves aktivitási ciklusa a röntgentartományban a japán Yohkoh műhold 1991. augusztus 31. és 2001. szeptember 6. között végzett megfigyelései alapján.
[Yohkoh / ISAS and NASA]

Napjaink egyik legpontosabb fotometriai műszere a Kepler-űrtávcső, amely több, mint százezer csillagról készített korábban sosem látott pontosságú fénygörbéket négy és fél éven keresztül. Mivel az ismert legrövidebb aktivitási ciklusok nagyjából egy éves periódusúak, kézenfekvőnek tűnik, hogy a Kepler-űrtávcső adataiban is keressünk hasonlókat.

A helyzet azonban nem ennyire egyszerű. Az űrben készült fotometriai mérések, bár rendkívül pontosak, hosszú távú instrumentális trendekkel terheltek, például hőmérsékleti ingadozásoknak köszönhetően. Ezért olyan homogén, megbízható adatsort, amely több negyedet ölel fel (a Kepler-adatokat negyedévenként teszik elérhetővé), igen nehéz előállítani. A fénygörbék feldolgozásának egyik lépése általában ezeknek a hosszú trendeknek az eltávolítása. Így azonban minden, hetes-hónapos időskálánál hosszabb, a csillag összfényességéből származó információ elveszik, a ciklusok felderítéséhez rendszerint használt változásokkal együtt (az aktivitási ciklust jellemzően a teljes fényesség, azaz a teljes foltfedettség változásából mutatják ki).

Az aktivitási ciklus egy másik tulajdonsága az aktív területek csillagrajzi szélességének ciklussal párhuzamos változása: a Napnál a ciklus elején jellemzően 30 fokos szélességen, míg a ciklus végén inkább az egyenlítő táján emelkednek felszínre a foltok. Ezt a viselkedést általában egy "pillangó-diagramnak" nevezett ábrán szokták szemléltetni. Elméleti modellek szerint ez nem csak a Napon, hanem más spektráltípusú és forgási sebességű csillagokra is jellemző viselkedés. Ebben az esetben azonban a pillangó-diagram sokkal kevésbé emlékeztet pillangóra, a szárnyak összemosódnak, és jóval szűkebb szélességtartományba csoportosulnak.

A modellek szerint azonban a jellemző foltszélesség más csillagokon is vándorol az aktivitási ciklussal, és ez a csillagfelszín differenciális rotációja miatt (a csillagfelszín különböző szélességeken más-más sebességgel fordul körbe, a Nap esetében az egyenlítői rész gyorsabban forog a pólusoknál) reményeink szerint ki is mutatható: a különböző szélességű csillagfoltok az aktivitási ciklussal más forgási periódust mutatnak.

Mivel az aktivitási ciklus hossza a forgási periódustól függ, vagyis a gyorsan forgó csillagok rövidebb aktivitási ciklust mutatnak, az MTA CSFK CSI kutatói, Vida Krisztián, Oláh Katalin és Szabó Róbert olyan késői típusú aktív csillagokat kerestek, amelyek forgási periódusa fél-egy nap között van, azaz a korábban magyarországi műszerekkel megfigyelt, körülbelül egy éves ciklust mutató csillagokhoz hasonlítanak. A Kepler adatbázisában 39 ilyen csillagot találtak, amelyek fénygörbéjét idő-frekvencia-analízissel vizsgálták meg. A módszerrel a csillagok fénygörbéjében található periódusos jelek időbeli változása tanulmányozható. E csillagok között 9 esetben sikerült kimutatni a forgási periódus ciklikus változását, amely feltehetőleg aktivitási ciklusnak köszönhető.

Fent a Kepler-003541346 katalógusjelű csillag tisztított és interpolált fénygörbéje, lent pedig a fénygörbe Fourier-transzformáltja (Short-Term Fourier-Transform, STFT). A módszer alkalmazása során egy Gauss-ablakfüggvényt mozgatnak a fénygörbe mentén, és annak mindegyik pozíciójához meghatároznak egy Fourier-spektrumot. Ezek sorozatából egy kétdimenziós térkép állítható elő, amely az idő függvényében mutatja a frekvencia változását.
[Vida és mtsai, 2014]

Az eredményeket részletező szakcikk a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society c. folyóiratban jelent meg.

Forrás:

• 10.1093/mnras/stu760