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RR Lyrae stars in the space age
Elisabeth Guggenberger
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Dr.-Studium der Naturwissenschaften Astronomie
Betreuer*in
Michel Breger
DOI
10.25365/thesis.36160
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29326.68254.908954-7
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Diese Arbeit widmet sich der Analyse von Blazhko-Sternen, also solchen RR Lyrae
Sternen, deren Lichtkurven durch einen unbekannten Mechanismus moduliert werden.
Dafür wurden Daten zweier verschiedener Satellitenmissionen ausgewertet. Da
aber photometrische Daten alleine nicht für die Beantwortung aller Fragestellungen
geeignet sind, wurden auch Sternspektren analysiert.
Für den Blazhko Effekt, der die Lichtkurven etwa der Hälfte aller RR Lyrae
Sterne moduliert, wurden schon viele mögliche Erklärungen vorgeschlagen. Darunter
waren unter anderem Resonanzen zwischen radialen und nichtradialen sowie zwischen mehreren radialen Schwingungsmoden, oder auch eine zyklisch wiederkehrende Störung der Pulsation durch Veränderung der Konvektion. Eines der vielversprechendsten Modelle war aber jenes, dem zufolge ein starkes Dipol-Magnetfeld, das zur Rotationsachse geneigt ist, die Pulsation beeinusst.
Die verfügbaren Magnetfeldmessungen von RR Lyrae Sternen waren allerdings
widersprüchlich. Außerdem bezogen sie sich - bis auf eine Studie - alle auf nur
einen einzigen Stern: RR Lyrae selbst, den Prototypen dieser Klasse von Sternen.
In der vorliegenden Arbeit wurden Messungen für fünf RR Lyrae Sterne
durchgeführt, und damit die Anzahl der RR Lyrae Sterne für die Magnetfeldmessungen verfügbar sind, deutlich vergrößert. Ausserdem wurde, im Gegensatz zu früheren Studien, dabei eine hohe spektrale Auflösung verwendet. Einige der bereits zuvor mit niedrigerer Auflösung beobachteten Sterne wurden neu gemessen, wobei sich die Nichtdetektionen jeweils bestätigten. Damit kann das Modell des geneigten Rotator-Pulsator endgültig als ausgeschlossen angenommen werden.
Obwohl der Blazhko Effekt ein ungelöstes Rätsel darstellt, wurde er doch meist
für ein zumindest raltiv einfach zu beschreibendes Phänomen gehalten, das zu
einer exakt periodischen Modulation führt. Die extrem langen und lückenlosen Datensätze, die von den Satelliten CoRoT and Kepler aufgenommen wurden, erlaubten nun aber erstmals eine Überprüfung dieser angenommenen Regelmäßigkeit.
In dieser Arbeit werden die detaillierten Analysen zweier solcher Datensätze
vorgestellt, und die irreguläre Natur des Blazhko Effektes wird aufgezeigt und
dokumentiert. Zudem wurden nicht-radiale Schwingungsmoden sowie Obertöne
der Grundschwingung nachgewiesen, die teilweise nur vorübergehend auftreten.
Petersen-Diagramme wurden dabei zur Diagnose verwendet.
Weiters wird in dieser Arbeit erstmals eine sogenannte Bisektoren-Analyse
für einen RR Lyrae Stern präsentiert. Diese wurde an RR Lyrae selbst, dem
bisher am besten dokumentierten Blazhko-Stern, durchgeführt. Dabei wurden die
Geschwindigkeitsprofile der beobachteten Linien nicht nur im klassischen Sinn, also
in Bezug auf die beobachtete Intensität berechnet, sondern mit Hilfe von synthetischen Sternspektren auch in Bezug auf die tatsächliche Tiefe in der Sternatmosphre.
Das ermöglichte eine Betrachtung der Geschwindigkeitsfelder in der Atmosphäre
und dadurch einen Vergleich mit hydrodynamischen Pulsationsmodellen. Dabei
konnte auch der sogenannte Van Hoof Effekt untersucht und mit früheren Studien verglichen werden.
Abstract
(Englisch)
This thesis is dedicated to the study of Blazhko stars, i.e., RR Lyrae stars whose
light curves are modulated by a still unexplained mechanism. Photometric data
provided by two space missions have been analyzed. But as photometry alone
cannot answer all the questions, also spectroscopic studies were performed.
Several models have been proposed to explain the Blazhko effect that modulates
the light curves of about half of all RRab Lyrae stars. Resonances with non-radial
or radial modes were among the possible explanations, as well as a cyclic quenching
of the pulsation due to changes in the convection. One of the most promising
models, however, was the one that required a strong magnetic dipole field which
alters the observed pulsation through rotation, similar to the scenario that is widely
accepted in the case of roAp stars. Magnetic field measurements of RR Lyrae stars
had been contradictory, and were - except for one study - mostly focused on
a single star: the prototype RR Lyrae itself. In this thesis, spectropolarimetric
measurements were presented for a sample of RR Lyrae stars.
This study increased the number of RR Lyrae stars with available spectropolarimetric
measurements to 21, finding no magnetic field in any of the observed
objects. Also, some of the stars previously only observed with low-resolution spectroscopy were observed with higher resolution, confirming the non-detection of a
strong dipole field, and therefore ruling out the magnetic oblique rotator-pulsator
model for the Blazhko effect.
Even though its origin still is a mystery, the Blazhko effect was usually considered
a simple phenomenon which modified the pulsation in a strictly periodical
way. Uninterrupted high-precision time series provided by the satellite missions
CoRoT and Kepler allowed for the first time to investigate the long-term regularity
of the Blazhko effect. In this thesis, the detailed analyses of two satellite data
sets are presented, and the irregular nature of the effect is demonstrated and documented.
Non-radial modes have been found in the Fourier spectra of the studies
stars, as well as the presence of higher overtone pulsations, which in some cases can be transient. Peterson diagrams were used to diagnose the identity of the modes.
Additionally, in this thesis, for the first time, a bisector analysis was performed
for an RR Lyrae star. This analysis was performed on the best-studied Blazhko
star: RR Lyrae itself. Velocity profiles of observed spectral lines were not only
studied with respect to the observed intensity, but were also connected to the profile
of formation depth via synthetic spectra. This allowed to observe the velocity fields
within the stellar atmosphere and to compare the motions to those predicted by
pulsation models. Also, the Van Hoof effect in RR Lyrae was studied on the basis
of our spectra, and the results were compared to previous studies.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
RR Lyrae stars Blazhko effect magnetic fields space photometry spectroscopy bisector analysis
Schlagwörter
(Deutsch)
RR Lyrae Sterne Blazhko Effekt Magnetfelder Weltraumphotometrie Spektroskopie Bisektoren-Analyse
Autor*innen
Elisabeth Guggenberger
Haupttitel (Englisch)
RR Lyrae stars in the space age
Paralleltitel (Deutsch)
RR Lyrae Sterne im Satellitenzeitalter
Publikationsjahr
2014
Umfangsangabe
III, 147 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
AC Nummer
AC12128836
Utheses ID
32046
Studienkennzahl
UA | 091 | 413 | |