Trochę się zastanawiałem jak podejść do opisu współczesnej klasyfikacji gwiazd zmiennych. Kiedyś sprawa była prosta, znanych było kilkanaście typów zmienności gwiazd i dało się to opisać w niezbyt rozbudowanym materiale. A dziś? Okazuje się, że literatura różnie podchodzi do tego problemu, a opisana w nich klasyfikacja jest zwykle niepełna, a często odmienna od siebie.
Aby usystematyzować jakoś ten element wiedzy o gwiazdach zmiennych w sposób przydatny dla amatorów postanowiłem oprzeć się na klasyfikacji według katalogu GCVS, na którym to bazuje chyba większość projektów dotyczących zmiennych. Klasyfikacja typów zmienności w tym katalogu odbywa się na podstawie analizy kształtu fazowej krzywej blasku, wartości okresu i amplitudy. W swojej analizie oparłem się przy tym zarówno o sam katalog GCVS, jak również prace wymienione w bibliografii na końcu artykułu.
Idąc tym tropem daje się zauważyć, że współczesna klasyfikacja gwiazd zmiennych opiera się na dwóch głównych przyczynach zmienności - patrz poniższy schemat.
Wszystko do tej pory wydaje się proste, jednak zaczyna się komplikować, gdy zaczniemy wgłębiać się coraz bardziej w poszczególne kategorie. Każda z nich bowiem zawiera od kilku do kilkunastu kolejnych typów i podtypów gwiazd o różnych charakterystykach zmienności. Aby jednak zrozumieć różnice między nimi należy choćby w skrócie przedstawić każdą z nich. A więc przedstawmy.
(W opisie typów zmienności dla zilustrowania niektórych zagadnień podałem kilka przykładowych krzywych blasku dla najbardziej popularnych wśród amatorów gwiazd zmiennych, wygenerowanych z bazy polskich obserwacji http://sogz-ptma.astronomia.pl/ ).
Gwiazdy zmienne z przyczyn wewnętrznych to gwiazdy, za których zmienność odpowiadają procesy zachodzące wewnątrz gwiazdy. Dzielą się na 3 główne grupy:
- gwiazdy pulsujące – zmieniające okresowo swój kształt, rozmiary i temperaturę w wyniku zagęszczania i rozrzedzania materii. Rozróżniamy tu 2 rodzaje tzw. pulsacji: radialne i nieradialne. O pierwszych mówimy, gdy gwiazda we wszystkich fazach zachowuje sferyczny kształt, natomiast w przypadku tych drugich następuje podział powierzchni gwiazdy na sektory drgające w przeciwnej fazie i poruszające się po powierzchni. Wśród gwiazd pulsujących rozróżniamy:
- Cefeidy (DCEP) – cefeidy klasyczne o pulsacjach radialnych i okresie od 1 do 50 dni oraz amplitudzie zmian jasności w zakresie od 1-2 mag. (Rys. 2).
Rys. 2. Sfazowana krzywa jasności gwiazdy typu DCEP.
- W Virginis (CW) – podobne do cefeid gwiazdy II populacji, mające mniejszą zawartość metali, o okresie zmienności od 0,8 do 35 dni i amplitudzie od 0,3 do 1,2 mag. Wśród nich wymienia się podtypy:
- CWA - zmienne W Vir z okresami dłuższymi niż 8 dni,
- CWB - zmienne W Vir z okresami krótszymi niż 8 dni.
- RR Lyrae (RR) – ubogie w metale gwiazdy II populacji w stadium czerwonego olbrzyma, o okresie <1 d i amplitudzie jasności <1,5 mag. Wśród nich wyróżniamy:
- RR(B) - zmienne RR Lyrae dwumodalne, pulsujące jednocześnie w modach radialnych podstawowym i pierwszym wzbudzonym.
- RRAB - zmienne RR Lyrae o asymetrycznych krzywych jasności, gwiazdy pulsujące w podstawowym modzie radialnym, o okresach od 0.3 do 1.2 dni i amplitudzie od 0.5 do 2 mag. (Rys. 3).
- RRC - zmienne RR Lyrae z prawie symetryczną krzywą jasności, gwiazdy pulsujące w pierwszym modzie wzbudzonym (owertonie), o okresach od 0.2 do 0.5 dni i amplitudach nie większych niż 0.8 mag.
Rys. 3. Sfazowana krzywa jasności gwiazdy typu RRAB.
- Delta Scuti (DSCT) – często nazywane cefeidami karłowatymi olbrzymy typów widmowych od A0 do F5, amplituda jasności od 0,003 do 0,9 mag, okres od kilkudziesięciu minut do kilku godzin. Nierzadko mają kilka nakładających się okresów.
- SX Phoenicus (SXPHE) – klasa zmienności podobna jak w przypadku DSCT, jednak o innej długości drgań,
- Beta Cephei (BCEP) – niebieskie gwiazdy zmienne o wczesnych typach widmowych (O i B), olbrzymy o krótkich okresach (0,1-0,6 d) i małych amplitudach zmian jasności (0,01-0,3 mag).
- PV Telescopii (PVTEL) – helowe nadolbrzymy o okresie od 0,1 do 1 d i amplitudzie około 0,1 mag.
- Miry (M) – chłodne czerwone olbrzymy o dużych amplitudach zmian jasności w granicach od 2,5 do 11 mag i okresach od kilkudziesięciu do kilkuset dni (Rys. 4).
Rys. 4. Krzywa jasności gwiazdy typu M.
- gwiazdy erupcyjne (wybuchowe) – gwiazdy, których nieregularne i zazwyczaj duże zmiany jasności zachodzą w wyniku gwałtownych zjawisk i rozbłysków w ich chromosferze i koronie.
- FU Orionis (FU) – protogwiazdy o zmianach jasności do 6 mag zachodzących z okresem do kilkunastu lat.
- Nieregularne (I) – słabo zbadane zmienne nieregularne o nierozpoznanych funkcjach zmienności, Jest to bardzo niejednorodna grupa gwiazd, jednakże najczęściej są to obiekty proto-gwiazdowe, czyli bardzo młode gwiazdy przed zapłonem reakcji termojądrowej. W tej grupie rozróżnia się kilka podtypów gwiazd:
- IA – słabo zbadane zmienne wczesnych typów widmowych O-A.
- IB - słabo zbadane zmienne średnich typów widmowych F-G do końcowych K-M.
- IN – nieregularne zmienne związane z mgławicami, prawdopodobnie młode gwiazdy, które w trakcie swojej dalszej ewolucji ustabilizują się jako gwiazdy stałe. Te dzielimy jeszcze na:
- INA – zmienne IN wczesnych typów widmowych (BA lub AE).
- INB - zmienne IN pośrednie i końcowych typów widmowych , FM lub Fe-Me.
- INT – gwiazdy są przypisywane do tego typu na podstawie czysto spektroskopowych kryteriów.
- IS – gwiazdy wybuchowe nieregularne, u których nie wykryto ścisłego związku z mgławicami. Tu wyróżniamy:
- ISA - szybkie nieregularne zmienne wczesnych typów widmowych, B - albo Ae.
- ISB - szybkie nieregularne zmienne z pośrednich i późnych typów widmowych F - M i Fe.
- RS Canum Venaticorum (RS) – bliskie gwiazdy podwójne z długookresową aktywnością chromosfery.
- S Doradus (SDOR) – jasne niebieskie olbrzymy,
- Gamma Cassiopeiae (GCAS) – gwiazdy podobne do SDOR, zmieniające się nieregularnie, o nie więcej niż 1,5 mag. Wyrzucanie masy spowodowane jest dużą prędkością liniową równika gwiazdy.
- R Coronae Borealis (CRB) – gwiazdy o nieregularnej zmienności, przy czym normalnie świecą z określoną stałą jasnością, po czym w nieregularnych odstępach czasu ciemnieją znacznie (1-9 mag) a następnie powoli wracają do poprzedniej jasności. Uważa się, ze ta zmienność spowodowana jest gromadzeniem się pyłu w atmosferze gwiazdy, którego chmura stopniowo oddala się od gwiazdy i ochładza, stając się nieprzezroczystym, po czym stopniowo rozprasza w przestrzeni międzygwiazdowej.
- UV Ceti (UV) – nazywane gwiazdami rozbłyskowymi, to blade gwiazdy (czerwone karły), które w ciągu kilku sekund w wyniku wybuchów na powierzchni zwiększają swoją jasność o nawet 2 mag, a następnie ciemnieją do normalnej jasności w czasie kilkudziesięciu minut. Gwiazdą tego typu jest znana chyba wszystkim „Proxima Centauri”.
- Wolf-Rayet (WR) – masywne i gorące gwiazdy, u których okresowe wyrzucanie masy powoduje pojaśnienie o około 0,1 mag.
- gwiazdy kataklizmiczne - gwiazdy przechodzące gwałtowny wybuch, diametralnie zmieniające ich parametry fizyczne.
Rys. 8. Krzywa jasności gwiazdy typu ZAND.
Gwiazdy zmienne z przyczyn zewnętrznych to gwiazdy, których zmiany jasności wynikają z przyczyn geometrycznych, a nie na skutek procesów fizycznych, zachodzących w gwieździe.
- zaćmieniowe – układy podwójne bądź wielokrotne, w których obserwuje się zmiany jasności wywołane wzajemnym przysłanianiem się składników. Mamy tu kilka podtypów zmienności:
- Algol (EA) – układy dobrze rozdzielone lub półrozdzielone charakteryzujące się okresami od kilku do kilkuset dni (Rys. 9).
Rys. 9. Sfazowana krzywa jasności gwiazdy typu EA.
- Beta Lyrae (EB) – układy półrozdzielone złożone z masywnej gwiazdy ciągu głównego i olbrzyma, typy widmowe składników najczęściej A lub B (Rys. 10).
Rys. 10. Sfazowana krzywa jasności gwiazdy typu EB.
- W Ursae Majoris (EW) – układy kontaktowe, składające się ze składników poruszających się po orbitach kołowych, na co wskazują niemal dokładnie sinusoidalne krzywe prędkości radialnych (Rys. 11).
Rys. 11. Sfazowana krzywa jasności gwiazdy typu EW.
- rotujące – gwiazdy, których zmiany jasności wywołuje rotacja jej nie sferycznej lub zaplamionej powierzchni. Wśród nich wyróżniamy:
- Alpha 2 Canum Venaticorum (ACV) – gwiazdy ciągu głównego, których okresy wynoszą od 0,5 do 160 dni lub więcej. Charakteryzują się małą amplitudą jasności w granicach 0,01 – 0,1 mag. Jest to nieliczna grupa gwiazd o bardzo silnym polu magnetycznym i typie widmowym od B8p do A7p.
- SX Arietis (SXARI) – gwiazdy podobne do ACV, ale gorętsze i jaśniejsze.
- Pulsary (PSR) – bardzo szybko wirujące gwiazdy neutronowe.
- BY Draconis (BY) – czerwone karły typów widmowych K i M o silnych polach magnetycznych i wysokich prędkościach obrotowych. Amplituda jasności <0,3 mag, okres zwykle 3 do 5 dni.
- FK Comae Berenices (FKCOM) – szybko rotujące olbrzymy o nierównomiernej jasności powierzchniowej, amplituda zmian jasności < 0,1 mag.
- Elipsoidalne (ELL) – gwiazdy, których zmiany jasności wywoływane są poprzez rotację ich silnie zdeformowanych powierzchni, najczęściej o kształcie zbliżonym do elipsy trójwymiarowej. Zmiany ich jasności zachodzą w granicach 0,1 mag.
Przedstawiłem klasyfikację gwiazd zmiennych opartą na katalogu GCVS. Starałem się podejść do tematu możliwie kompleksowo, aczkolwiek lepiej starałem się scharakteryzować te zmienne, które są bardziej popularne wśród amatorów ze względu na łatwość obserwacji. Klasyfikacja GCVS zawiera jednak jeszcze kilka innych, mniej pospolitych grup zmienności, których nie omówiłem tu ze względu na ich nieprzydatność dla amatorskich obserwacji. Zainteresowanych odsyłam zatem do źródła, czyli materiałów zawartych w katalogu GCVS. Pełna klasyfikacja gwiazd zmiennych katalogu GCVS dostępna jest na stronie:
http://www.sai.msu.su/gcvs/gcvs/vartype.htm
Bibliografia
- Marek Biskup, Poszukiwanie gwiazd zmiennych w eksperymencie „Pi of the Sky”, praca magisterska, Uniwersytet Warszawski 2007,
- Małgorzata Siudek, Klasyfikacja gwiazd zmiennych na podstawie analizy danych fotometrycznych w eksperymencie „Pi of the Sky”, praca magisterska, Politechnika Warszawska 2010,
- Jerzy Speil, Miłośnicze obserwacje gwiazd kataklizmicznych, www.proxima.org.pl
- Stanisław Świerczyński, http://sswdob.prv.pl .
- Katalog GCVS, http://www.sai.msu.su/gcvs/gcvs/index.htm ,
- Generator krzywych jasności, http://sogz-ptma.astronomia.pl .
Krzysztof Kida, Elbląg Kod AAVSO: KKX Tekst opublikowany także w builetynie Proxima nr 2/2010
Linki które moga okazać się dodatkową pomocą:
http://www.atnf.csiro.au/outreach//education/senior/astrophysics/variable_types.html
https://www.assa.org.au/resources/variable-stars/classifying-variable-stars/