Photométrie d'étoiles pulsantes RR Lyrae

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

2. Jean-François Le Borgne - La Rochelle Qu'est-ce qu'une étoile RR Lyr ? Étoiles variables pulsantes à courte période population II Période 0.2-1.1 jour amplitude 0.3 à 2 magnitudes <Mv> +0.6 m (L ~ 50 Lo) Teff 7400K – 6100K Type spectral A2-F6 III <log g> 2.5 – 3.0 [Fe/H] -2.5 – 0.0 Masse ~0.7 Mo Rayon ~4 – 6 Ro TZ Aur, télescope TAROT, 2005-2006

3. Jean-François Le Borgne - La Rochelle Qu'est-ce qu'une étoile RR Lyr ? • Historique • 1889 découverte des « variables d'amas » (E. Pickering, M3) • 1890-1898 variables semblables aux « variables d'amas »: U Lep (1890, J.C. Kapteyn), S Ara (1898) • 1899 découverte de RR Lyr (7.06-8.12V) par W. Fleming (Pickering, 1901) E. Pickering «Calculatrices» à l'observatoire de Harvard W. Fleming

4. Jean-François Le Borgne - La Rochelle 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. Film de l'amas globulaire M3 pendant une nuit. La plupart des étoiles variables visibles ici sont de RR Lyrae. (source: Hartman & Stanek, http://cfa-www.harvard.edu/~jhartman/M3_movies.html )

5. Jean-François Le Borgne - La Rochelle Qu'est-ce qu'une étoile RR Lyr ? • 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,1902 • 2 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. S. I. Bailey

6. Jean-François Le Borgne - La Rochelle Diagramme Hertzsprung-Russel intersection de la « branche horizontale » et de la bande d'instabilité

7. Jean-François Le Borgne - La Rochelle Étoiles RR Lyr: évolution stellaire • étoiles de faiblemasse ~0.7 Mo • Séquence principale: combustion de l'hydrogène, ~1010 années. • évolution sur la branche des géantes. • Flash de l'hélium • Branche horizontale: combustion de l'hélium

8. Jean-François Le Borgne - La Rochelle Étoiles RR Lyr: évolution stellaire • étoiles de faiblemasse ~0.7 Mo • Séquence principale: combustion de l'hydrogène, ~1010 années. • évolution sur la branche des géantes. • Flash de l'hélium • Branche horizontale: combustion de l'hélium

9. Jean-François Le Borgne - La Rochelle Étoiles RR Lyr: évolution stellaire • étoiles de faible masse ~0.7 Mo • Séquence principale: combustion de l'hydrogène, ~1010 années. • évolution sur la branche des géantes. • Flash de l'hélium • Branche horizontale: combustion de l'hélium

10. Jean-François Le Borgne - La Rochelle Spectroscopie: • variations au cours de la pulsation • effet de la métallicité

11. Jean-François Le Borgne - La Rochelle Spectroscopie: • variations au cours de la pulsation • effet de la métalicité 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.

12. Jean-François Le Borgne - La Rochelle Anomalies de période: • Variation de période • Variation d'amplitude • Effet Blazhko et variations séculaires

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

14. Jean-François Le Borgne - La Rochelle Un exemple d'étude de l'effet Blazhko GCVS: RRAB 12.02 - 13.11 V 2441774.441 + 0.589052 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 2453643.408 + 0.589060 E TAROT, no filter

15. Jean-François Le Borgne - La Rochelle Un exemple d'étude de l'effet Blazhko GCVS: RRAB 12.02 - 13.11 V 2441774.441 + 0.589052 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 2453643.408 + 0.589060 E F.J. Hambsch, R TAROT, no filter F.J. Hambsch, V

16. Jean-François Le Borgne - La Rochelle L'effet Blazhko 24 maximums 14 TAROT (no filter) (points bleus) 10 F.J. Hambsch (V+R) (points noirs) 2453597 + 23.65 E HJD O-C Dt HJD O-C Dt (jour) (jour) (jour) (jour) 2453597.464 -0.004 0.005 2453727.671 0.039 0.005 2453636.370 0.030 0.002 2453733.553 0.032 0.002 2453643.408 0.000 0.008 2453737.642 -0.002 0.005 2453647.528 -0.003 0.002 2453740.589 0.000 0.002 2453682.318 0.038 0.002 2453743.537 0.003 0.002 2453683.492 0.034 0.002 2453745.309 0.008 0.002 2453693.464 -0.007 0.002 2453756.532 0.041 0.002 2453699.393 0.032 0.003 2453759.464 0.028 0.002 2453705.293 0.043 0.002 2453760.635 0.021 0.002 2453712.344 0.026 0.004 2453762.382 0.001 0.002 2453715.271 0.008 0.003 2453795.404 0.040 0.002 2453719.395 0.009 0.005 2453838.377 0.018 0.004

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

18. Jean-François Le Borgne - La Rochelle Interprétations de l'effet Blazhko • 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. (K. Kolenberg)

19. Jean-François Le Borgne - La Rochelle Interprétations de l'effet Blazhko • 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. (K. Kolenberg)

20. Jean-François Le Borgne - La Rochelle • 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. Jean-François Le Borgne - La Rochelle Variations séculaires de la période Périodes variant proportionnellement avec le temps

22. Jean-François Le Borgne - La Rochelle Variations séculaires de la période Variations irrégulières de période

23. Jean-François Le Borgne - La Rochelle Variations séculaires de la période Variations irrégulières de période

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

25. Jean-François Le Borgne - La Rochelle 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. Jean-François Le Borgne - La Rochelle GEOS RR-Lyr Survey: TAROT observations February 2004 – April 2006 739 maximums 120 stars about 40000 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

27. Jean-François Le Borgne - La Rochelle 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 2001-2206 • Dark gray: GCVS stars • Light gray: stars observed between 2001 and 2006 with CCDs • Blue: GEOS (2004-2006) • Hatched Blue: BAV (2001-2005) Completeness: BAV+GEOS: 96% (12.5 at minimum) GEOS: 83%

28. Jean-François Le Borgne - La Rochelle 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 3700-4000 A: Hε, Hζ, CaII(K): S/N ~100, pose 10mn • spectroscopie à basse résolution des étoiles jusqu'à mag. 11-12 au minimum (~100 étoiles): détermination de température/ type spectral en fonction de la phase.