Riccardo U. Claudi INAF Astronomical Observatory of Padova Asterosismologia 4. Stelle e pulsazioni:...

Riccardo U. Claudi

INAF Astronomical Observatory of Padova

Asterosismologia

4. Stelle e pulsazioni: Stelle di tipo solare

Asterosismologia: 4. Stelle e pulsazioni: stelle di tipo solare

Pulsazioni di tipo solare

•Dipendono fortemente dalle proprietà della stella

•Oscillazioni smorzate linearmente

•Eccitate in modo stocastico

Presenti anche in stelle non di tipo solare

( ) 1/ 2

3dyn

GMG

Rω ρ

−= =


Le oscillazioni di tipo solare sono onde sonore stazionarie (modi - p)


Dal Sole alle stelle di tipo solare. I

Bassi valori del grado orizzontale: l3

MA

Alti valori del numero radiale: n

Descrizione asintotica dei modi p


Dal Sole alle stelle di tipo solare. II

Piccola ampiezza dei modi p

Aph=4 ppm

Avr=0.23 ms-1

( )( )( ) ( )2

/ 4.7 0.3

/ 550 / 5777 /

SUN

eff SUN

L L ppmL

L nm T K M Mλ

δ

λ

±⎛ ⎞ =⎜ ⎟⎝ ⎠

( )( ) 1/23.4 1.4

/SUN

oscSUN

L Lcm s

M Mυ −= ±

Sole Stelle di tipo solare

Kjeldsen & Bedding, 1995


Dal Sole alle stelle di tipo solare. III

Dominio delle Frequenze

0=134.9 Hz

Sole Stelle di tipo solare

Kjeldsen & Bedding, 1995

€

0 =134.9M

MSUN

⎛

⎝ ⎜

⎞

⎠ ⎟

1/ 2RSUNR

⎛

⎝ ⎜

⎞

⎠ ⎟3 / 2

μHz

max=3.05 mHz

€

max = 3.5M

MSUN

RSUNR

⎛

⎝ ⎜

⎞

⎠ ⎟2

5777

Teff

⎛

⎝ ⎜ ⎜

⎞

⎠ ⎟ ⎟

1/ 2

mHz

nmax~21

€

nmax = 22.6M

MSUN

RSUNR

5777

Teff

⎛

⎝ ⎜ ⎜

⎞

⎠ ⎟ ⎟

1/ 2

−1.6


Dal Sole alle stelle di tipo solare. IVK

jeld

sen &

Beddin

g,

199

5


Frequenza MAX e parametri fondamentaliB

eddin

g &

Kje

ldse

n,

200

3,

PA

SA

, 20,

203


Bedding & Kjeldsen (2003)

Alcuni pulsatori di tipo solare


Stelle con molte frequenze individuate:

• Il Sole (G2 V) – continuous • Cen A (G2 V) – dual-site • Cen B (K1 V) – dual-site • Hyi (G2 IV) – dual-site • Boo (G0 IV) – several single-site• Ara (G3 V) – single-site (HARPS)• Vir (F9 V) – single-site (CORALIE)


α Centauri A

(a) Pourbaix et al. (2002)

(b) Pijpers (2003)

(c) Kervella et al. (2003)


α Centauri A

Observations with UVES on VLT

(Butler et al, 2004; ApJ 600, L75)


α Centauri A

(Butler et al, 2004; ApJ 600, L75)


α Centauri A

VLT(UVES) and AAT(UCLES)

optimally combined

Bedding et al., ApJ, in press (astro-ph/0406471 )


α Centauri A

Bedding et al., ApJ, in press (astro-ph/0406471 )

Observed echelle diagram


α Centauri A


α Centauri B

CORALIE, La Silla

(Carrier & Bourban 2003; A&A 406, L23)


α Centauri B

UVES (VLT) and UCLES (AAT)

Kjeldsen et al. (in preparation)



• Il Sole (G2 V) – continuous • Cen A (G2 V) – dual-site • Cen B (K1 V) – dual-site Hyi (G2 IV) – dual-site Boo (G0 IV) – several single-site• Ara (G3 V) – single-site (HARPS)• Vir (F9 V) – single-site (CORALIE)


Hyi: G2 subgiant

Asterosismologia: 4. Stelle e pulsazioni: stelle di tipo solareBedding et al. (2001) and Carrier et al. (2001)

UCLES


η Bootis


Evolutionary state

1.66 M¯

1.6 M¯

Pre-Hipparcos

Post-Hipparcos


Observed power spectrum

Kjeldsen et al. (1995)

Balmer-line equivalent widths (NOT)


Carrier et al. (2005)

velocity (CORALIE)

Boo: Power Spectra


Kjeldsen et al. 2003(4 set di dati)

Boo: échelle diagrams

solid symbols: Carrier et al. (2005)open symbols: Kjeldsen et al. (2003)

agree

disagree


Cosa possiamo dire di Boo?

•Le oscillazioni sono reali

•Buona evidenza di modi misti

•Disaccordo sulle frequenze perché:–single-site window functions

–Metodi differenti per estrarre le frequenze

–Variazione dell’ampiezza (stochastic excitation)

–Variazione in frequenza (mode lifetime)


Ara: G3V planet-hosting star


Ara (Bouchy et al. 2005)


Solo la grande separazione:

Solo eccesso di potenza:• 70 Oph A (K0 V) – single-site (CORALIE)

• e Oph , h Ser (G giants) – dual-site (CORALIE & ELODIE)

• d Pav, g Ser, b Aql – short segments (HARPS, UVES)

Ind (G0 IV, metal-poor) – dual-site (UCLES & CORALIE)•Procyon (F5 IV) – many, mostly single-site•HD 49933 (F5 V, COROT target) – single-site (HARPS)• Hya (G giant) – single-site (CORALIE) Her (G2 IV) (SARG)


Procyon Aα CMi; HR 2943; HD61421

F5 IV-V

Mv=0.363

d= 3.53 pc

M=(1.42 0.06) MSUN

R=(2.071 0.02) RSUN

Prediction (Kjeldsen &Bedding 1995):

Vosc= 1.11 m s-1

(L/L)V= 18 ppm

MAX=1.0 mHz

Δ=54 Hz


Brown et al. (1991; ApJ 368, 599)

Velocità Radiali

Martić et al. (2004; A&A 418, 295)


Serie Temporale di Velocità Radiale

int. err. =1.38 m/s

r.m.s. =4.48 m/s


RV Time Series Analysis

• PS high-filtered

• ri : residual velocities

• Weight definition: wi=1/(fσi

2)L

og N

(>

r/)

f (>

r/

)


Power Spectrum


Grande Separazione

CR()=PS(max-1/2 )PS(max+1/2 )PS (max-)

PS (max+)[PS (max-3/2 ) PS(max+3/2 )

PS (max-2 )PS(max+2 )]0.5

= 56 ± 1 Hz <>= 55.7 ± 1.4 Hz


Frequenze Identificate

Leccia et al., 2007


Walker etal. 2003

The MOST “Affair”

Matthews et al. (2004; Nature 430, 51 – July 1)


Kjeldsen simulations:

• 1.5 times solar granulation

•Stochastic excitation

•1.9 days lifetime of modes

• Amplitude scaled from velocity observations

No noise

MOST signal level

An interpretation of the MOST results


Results

0 (Hz) 02 (Hz)

Martic et al. 2004 53.6 0.5 5.1

Eggenberger et al.2004

55.5 ---

Claudi et al. 2005 56 2 ---

Leccia et al. 2007 55.69 0.14

5.43 0.5


Brown et al. (1991)

Martic et al. (2004)

Martic et al. (1999)

Eggenberger et al. (2005)

Claudi et al. (2005)

Bouchy et al. (2005)

Cosa hanno in comune questi Power Spectrum di Procione?


•L’eccesso di potenza è reale con un doppio hump•È in accordo con n = 55mHz.•Non c’è un grosso accordo sulle frequenze (stesse ragioni di Boo)•Ampiezza minore di quella aspettata (già trovato dieci hanni fà)

Cosa possiamo dire su Procyon?


Procyon campaign Feb 2007

•HARPS or UVES + UCLES+ SARG+…


Procyon campaign Feb 2007: Time series


ξ Hydrae


ξ Hydrae

Stello et al.


Evolutionary state

Teixeira et al.

Ticks for every 5 Myr

Core He burning


Herculis


Herculis

=56.60.09 Hz

Bonanno et al., 2007, ApJ in pub.

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