Heartbeat stars - gwiazdy pulsujące w rytmie serca ?

[rybi]

Spotkałem się ostatnio z bardzo interesującym pojęciem nowej klasy gwiazd zmiennych "heartbeat stars" (HB stars) odkrytych przez satelitę Kepler.

Może ktoś z Szanownych Forumowiczów znajdzie bardziej eleganckie tłumaczenie tego pojęcia ?
Gwiazdy zmienne, których krzywa blasku przypomina bicie ludzkiego serce ? 
Gwiazdy zmienne typu HB (HeartBeat) ?
Gwiazdy pulsujące podobnie do serca ?
... ?

Wizja artystyczna "heartbeat star" wzięta z [5].

 

W języku polskim znalazłem wzmiankę o tych gwiazdach np. na portalu Urania (szczegóły [3]), gdzie użyto określenia gwiazdy zmienne pulsujące w rytmie serca, czyli których jasność zmienia się jakoś tak: 

Przykładowe EKG ludzkiego serca wzięte stąd.

Ta nazwa sugeruje, że są to pojedyncze gwiazdy. Tymczasem zjawisko dotyczy zjawisk w specyficznych gwiazdowych ciasnych układach podwójnych o okresach orbitalnych < 1 roku i mocno rozciągniętych eliptycznych orbitach (mimośród orbity e > 0,3), w których obserwuje się zmiany jasności przypominające kształtem elektro-kardiogram. Krzywe blasku tych układów podwójnych są zdominowane przez efekty działania sił pływowych oraz wzajemnego odbicia światła od gwiazd, gdy mijają one peryastron. Wtedy obserwuje się ten charakterystyczny "puls serca". 
Jednak gwiazdy zmienne typu HB pulsują przez cały okres orbitalny w wyniku TEO (ang.Tidally Excited Oscillations - drgań wzbudzanych siłami pływowymi). Są to minimalne zmiany jasności o amplitudzie poniżej 1/1000 magnitudo. Częstotliwości drgań TEO odpowiadają dokładnie całkowitym wielokrotnościom częstotliwości okresu orbitalnego. Po raz pierwszy TEO zostało odkryte w 2009r. w układzie podwójnym HD 174884 i następnie potwierdzone w 2012r. dla KOI-54 (=HD 187091) i kilku innych ciasnych układów podwójnych. Zgodnie z teorią (patrz [1]) największe zmiany jasność gwiazd wywołane przez TEO są oczekiwane dla gorących gwiazd o temperaturach efektywnych > 6500K, gdyż takie gwiazdy nie posiadają zewnętrznej strefy konwekcyjnej - co pozwala na rozchodzenie się drgań typu "g" znacznie bliżej powierzchni gwiazdy i generuje większe zaburzenia temperatury powierzchniowej. 
Wzorcową gwiazdą tego typu jest KOI-54. A obecnie jest znanych ponad 170 gwiazd zmiennych tego typu. Większość odkrytych gwiazd typu HB jest gwiazdami o względnie małych masach (typy widmowe A-F). Ale zjawsko HB rozciąga się również na bardziej masywne gwiazdy typów widmowych OB. Najbardziej masywnym znanym układem pulsującym w rytmie serca jest iota Orionis (? Ori), który składa się ze składnika głównego O9 III i wtórnego B1 III-IV. Więcej informacji o iota Orionis można znaleźć np. pod następującym odnośnikiem AP.

U góry: krzywa blasku gwiazdy pulsującej w rytmie serca KIC 8719324. Amplituda jest wyrażona we względnej skali [ppt], czyli w względne zmiany jasności ?L/L ~ 1/1000. Puls podobny do "ludzkiego" EKG jest wzbudzany przez podczas przejścia przez peryastron (faza orbitalna = 0) i trwa około 2 dni. Ekstra efektem jest muskające zaćmienie dla tego konkretnego układu podwójnego (ang. grazing eclipse).
Na dole: Transformacja Fouriera całej krzywej blasku KIC 8719324. Ciąg równo-odległych maksimów odpowiada wielokrotnościom orbitalnej częstotliwości. Natomiast maksimum o największej amplitudzie f~2,5 1/dzień jest generowane przez pulsacje wzbudzane siłami pływowymi dokładnie odpowiadające 26-krotności częstotliwości orbitalnej.

I jeszcze kilka przykładowych "pulsów serca" obserwowanych w innych układach podwójnych wraz z krzywymi prędkości radialnej:

Cztery gwiazdy zmienne typu HB - obserwowane krzywe blasku (kolor czerwony w [ppm] milionowych częściach strumienia / flux) i krzywe prędkości radialnych. Czarne punkty są obserwowanymi prędkościami radialnymi. Wykresy wzięte z [4].

Zachęcam do zgłębiania tematu "Heartbeat stars"! 
( Zapewne odezwę się jeszcze po bardziej szczegółowej lekturze - kolejny ciekawy temat np. do Proximy / Uranii?)

 

Literatura:

[1] Jim Fuller (2017) "Heartbeat Stars, Tidally Excited Oscillations, and Resonance Locking" - https://arxiv.org/pdf/1706.05054.pdf
[2] K. Hambleton i inni (2013) "Physics of Eclipsing Binaries: Heartbeat Stars and Tidally Induced Pulsations" - https://www.eas-journal.org/articles/eas/abs/2013/06/eas1364039/eas1364039.html
lub wersja do prywatnego użytku - http://clok.uclan.ac.uk/14587/1/14587_ContentServer.pdf

[3] Krótki materiał w j. polskim --> (2014) - https://www.urania.edu.pl/wiadomosci/gwiazdy-pulsujace-rytmie-serca-potwierdzone-nowych-badaniach-2574.html

Materiały popularno-naukowe w j.angielskim --> 
[4] https://astrobites.org/2014/08/27/whats-in-a-heartbeat/
[5] https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=6659
[6] https://www.iflscience.com/space/astronomers-know-what-makes-heartbeat-stars-flutter/
[7] https://cosmosmagazine.com/space/whirling-dance-of-vibrating-heartbeat-stars
[8] http://keplerlightcurves.blogspot.com/2012/09/three-giant-heartbeats.html
[9] http://time.com/4670863/nasa-spitzer-telescope-star-heartbeat/
 

[rybi]

Walentynki tuż, tuż.
Więc coś specjalnego na tę okazję: wyjątkowa HD 73619 - pierwsza chemicznie osobliwa gwiazda (... układ) pulsująca w rytmie serca !!!

Proszę, spójrzcie w Żłóbek - tam gdzie jest apex cordis ... ?

Więcej informacji zaprezentowałem tutaj:
Coś walentynkowego ? odkryto pierwszy chemicznie osobliwy układ podwójny gwiazd pulsujących w rytmie serca