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Photométrie d'étoiles pulsantes RR Lyrae Jean-François Le Borgne Laboratoire d'Astrophysique Observatoire Midi-Pyrénées Toulouse et GEOS.

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1 Photométrie d'étoiles pulsantes RR Lyrae Jean-François Le Borgne Laboratoire d'Astrophysique Observatoire Midi-Pyrénées Toulouse et GEOS

2 27 mai 2006Jean-François Le Borgne - La Rochelle2 Étoiles variables pulsantes à courte période population II Période jour amplitude 0.3 à 2 magnitudes +0.6 m (L ~ 50 Lo) T eff 7400K – 6100K Type spectral A2-F6 III 2.5 – 3.0 [Fe/H] -2.5 – 0.0 Masse ~0.7 Mo Rayon ~4 – 6 Ro Période jour amplitude 0.3 à 2 magnitudes +0.6 m (L ~ 50 Lo) T eff 7400K – 6100K Type spectral A2-F6 III 2.5 – 3.0 [Fe/H] -2.5 – 0.0 Masse ~0.7 Mo Rayon ~4 – 6 Ro Qu'est-ce qu'une étoile RR Lyr ? TZ Aur, télescope TAROT,

3 27 mai 2006Jean-François Le Borgne - La Rochelle3 Qu'est-ce qu'une étoile RR Lyr ? W. Fleming Historique 1889 découverte des « variables d'amas » (E. Pickering, M3) variables semblables aux « variables d'amas »: U Lep (1890, J.C. Kapteyn), S Ara (1898) 1899 découverte de RR Lyr ( V) par W. Fleming (Pickering, 1901) «Calculatrices» à l'observatoire de Harvard E. Pickering

4 27 mai 2006Jean-François Le Borgne - La Rochelle4 Film de l'amas globulaire M3 pendant une nuit. La plupart des étoiles variables visibles ici sont de RR Lyrae. (source: Hartman & Stanek, ) Qu'est-ce qu'une étoile RR Lyr ? « Variables d'amas » L'étude des étoiles variables dans les amas globulaires est a l'origine de l'identification du phénomène RR Lyrae. Entre 1893 et 1898, des centaines d'étoiles variables furent trouvées dans des amas globulaires comme M3, Omega Centauri ou 47 Tucan par E.C. Pickering, W. Fleming et I. Bailey, entre autres.

5 27 mai 2006Jean-François Le Borgne - La Rochelle5 On doit à I. Bailey d'avoir reconnu que la plupart des variables dans les amas globulaires était d'un type particulier: période inférieure à 1 jour et amplitude d'environ 1 magnitude: ωCen, Bailey, sous-groupes: RRab et les RRc RRab: pulsent dans le mode radial fondamental, courbe de lumière asymétrique RRc: pulsent dans le mode du premier harmonique, courbe de lumière presque sinusoïdale avec une amplitude inférieure à 0.8 magnitude. Qu'est-ce qu'une étoile RR Lyr ? S. I. Bailey

6 27 mai 2006Jean-François Le Borgne - La Rochelle6 intersection de la « branche horizontale » et de la bande d'instabilité Diagramme Hertzsprung- Russel

7 27 mai 2006Jean-François Le Borgne - La Rochelle7 étoiles de faiblemasse ~0.7 Mo Séquence principale: combustion de l'hydrogène, ~10 10 années. évolution sur la branche des géantes. Flash de l'hélium Branche horizontale: combustion de l'hélium Étoiles RR Lyr: évolution stellaire

8 27 mai 2006Jean-François Le Borgne - La Rochelle8 Étoiles RR Lyr: évolution stellaire étoiles de faiblemasse ~0.7 Mo Séquence principale: combustion de l'hydrogène, ~10 10 années. évolution sur la branche des géantes. Flash de l'hélium Branche horizontale: combustion de l'hélium

9 27 mai 2006Jean-François Le Borgne - La Rochelle9 étoiles de faible masse ~0.7 Mo Séquence principale: combustion de l'hydrogène, ~10 10 années. évolution sur la branche des géantes. Flash de l'hélium Branche horizontale: combustion de l'hélium Étoiles RR Lyr: évolution stellaire

10 27 mai 2006Jean-François Le Borgne - La Rochelle10 variations au cours de la pulsation effet de la métallicité Spectroscopie :

11 27 mai 2006Jean-François Le Borgne - La Rochelle11 Variations du profil d'une raie du Fe I dans le spectre de RR Lyrae au voisinage du maximum de lumière. es observations couvrent 3 heures consécutives. spectrographe SARG au TNG (Telescopio Nazionale Galileo, La Palma) 28 juillet 2004, Katrien Kolenberg. Spectroscopie : variations au cours de la pulsation effet de la métalicité

12 27 mai 2006Jean-François Le Borgne - La Rochelle12 Variation de période Variation d'amplitude Effet Blazhko et variations séculaires Anomalies de période:

13 27 mai 2006Jean-François Le Borgne - La Rochelle13 (created by D. Welch based on MACHO project data, Alcock et al. 2000). RR Lyrae: the « Blazhko Project », 2004, Katrien Kolenberg Grandes variation d'amplitude: pulsation double-mode et effet Blazhko (Blazhko, 1907). Sergei N. Blazhko Anomalies de période: effet Blazhko

14 27 mai 2006Jean-François Le Borgne - La Rochelle14 Un exemple d'étude de l'effet Blazhko GCVS: RRAB V E Nombre de mesures: 21 mai 2005 – 30 avril 2006 TAROT (sans filtre): 1868 F.J. Hambsch (V): 659 F.J. Hambsch (R): 761 HJD E TAROT, no filter

15 27 mai 2006Jean-François Le Borgne - La Rochelle15 F.J. Hambsch, R F.J. Hambsch, VTAROT, no filter GCVS: RRAB V E Nombre de mesures: 21 mai 2005 – 30 avril 2006 TAROT (sans filtre): 1868 F.J. Hambsch (V): 659 F.J. Hambsch (R): 761 HJD E Un exemple d'étude de l'effet Blazhko

16 27 mai 2006Jean-François Le Borgne - La Rochelle16 L'effet Blazhko 24 maximums 14 TAROT (no filter) (points bleus) 10 F.J. Hambsch (V+R) (points noirs) E HJD O-C t HJD O-C t (jour) (jour) (jour) (jour) HJD O-C t HJD O-C t (jour) (jour) (jour) (jour)

17 27 mai 2006Jean-François Le Borgne - La Rochelle17 The Blazhko effect magnitude au maximum et amplitude TAROT: points bleus F.J. Hambsch R: points noirs F.J. Hambsch V: points verts

18 27 mai 2006Jean-François Le Borgne - La Rochelle18 Interprétations de l'effet Blazhko (K. Kolenberg) Modèles de résonance Basés sur une résonance entre le mode fondamental radial et un mode non-radial. Les modes dipôle ont alors la plus grande probabilité d'être excités. La théorie prévoit une modulation d'amplitude et de phase dans le cas d'une l'excitation dune paire de fréquences divisée par la rotation. La période de modulation est déterminée par la vitesse de rotation et la structure interne de l'étoile. Peterson (1996) a mesuré la largeurs de raies de 27 RR Lyr et obtenu une valeur supérieure de v sin i de 10 km/s.

19 27 mai 2006Jean-François Le Borgne - La Rochelle19 Interprétations de l'effet Blazhko (K. Kolenberg) Modèles magnétiques Ces modèles supposent que ces étoiles ont un champ magnétique incliné par rapport à l'axe de rotation (cf. modèles de rotateur oblique des étoiles Ap). Le mode fondamental radial est déformé pour donner une composante quadripôle dont l'axe coïncide avec l'axe magnétique. La période Blazhko est supposée être égale à la période de la rotation de l'étoile. Un champ magnétique 1kG serait nécessaire pour qu'une modulation d'amplitude soit observable. Un champ de 1.5kG a été observé par certains observateurs mais pas confirmé par d'autres.

20 27 mai 2006Jean-François Le Borgne - La Rochelle20 Dans les 2 modèles, la modulation est une conséquence de la rotation de l'étoile. l'amplitude la modulation dépend de l'inclinaison de l'axe de rotation sur la ligne de visée. Ils prévoient des composantes d'égales amplitudes, contrairement à ce qui est observé. Le modèle magnétique ne prévoit pas qu'il y ait moins de cas d'effet Blazhko parmi les RRc. Les différences entre les RR-Blazhko du LMC et de la galaxie doivent être liées à la métallicité. Conclusion: Les modèles ne sont pas capables d'expliquer correctement le phénomène Blazhko Importance de la détection de composantes non- radiales pour la compréhension du mécanisme de la modulation d'amplitude.

21 27 mai 2006Jean-François Le Borgne - La Rochelle21 Variations séculaires de la période Périodes variant proportionnellement avec le temps

22 27 mai 2006Jean-François Le Borgne - La Rochelle22 Variations séculaires de la période Variations irrégulières de période

23 27 mai 2006Jean-François Le Borgne - La Rochelle23 Variations séculaires de la période Variations irrégulières de période

24 27 mai 2006Jean-François Le Borgne - La Rochelle24 Base de données de maxima de RR-Lyr du GEOS -http://dbrr.ast.obs-mip.fr

25 27 mai 2006Jean-François Le Borgne - La Rochelle25 Contribution à la base de données observation de maxima individuels: Choisir une étoile et faire une prédiction de maximum. Observer pendant 3 heures minimum autour du maximum prévu Options: utiliser des filtres (B,V) Déterminer l'instant du maximum Corriger de la correction héliocentrique.

26 27 mai 2006Jean-François Le Borgne - La Rochelle26 TAROT observations February 2004 – April maximums 120 stars about CCD frames publications: list of maximums IBVS 5568 / GEOS RR 21, 2004 IBVS 5622 / GEOS RR 24, 2005 IBVS 5650 / GEOS RR 25, 2005 IBVS 5686 / GEOS RR 26, 2006 Dark gray: : GEOS Hatched Blue: BAV GEOS RR-Lyr Survey:

27 27 mai 2006Jean-François Le Borgne - La Rochelle27 Completeness of RR-Lyr maximum surveys Use of GCVS as reference catalog: justify by the fact that GCVS stars are observed for several decades, up to one century and already allows long term analysis of the periods. Statistics of CCD observations of RR-Lyr maximums Dark gray: GCVS stars Light gray: stars observed between 2001 and 2006 with CCDs Blue: GEOS ( ) Hatched Blue: BAV ( ) Completeness: BAV+GEOS: 96% (12.5 at minimum) GEOS: 83%

28 27 mai 2006Jean-François Le Borgne - La Rochelle28 Contributions possibles Photométrie: Observations de maxima individuels pour une contribution à la base de données (mag. au minimum jusqu'à ~14) Observations suivies d'étoiles à effet Blazhko (y compris RR Lyr): détermination de la période Blazhko. Spectroscopie: spectroscopie à R~5000 avec LHIRES III sur RR Lyr elle même. Domaine privilégié A: Hε, Hζ, CaII(K): S/N ~100, pose 10mn spectroscopie à basse résolution des étoiles jusqu'à mag au minimum (~100 étoiles): détermination de température/ type spectral en fonction de la phase.


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