V405 Aur och dopplereffekten

Studier av variabler, metoder och fotometri.
Post Reply
ThomasK
Posts: 1652
Joined: 2010-06-29 12:10:36
spamtest: JA
Contact:

V405 Aur och dopplereffekten

Post by ThomasK »

För några veckor sedan såg jag att Magnus Larsson hade observerat en för mig ny variabel, V405 Aur. Jag blev nyfiken på vad det var för stjärna och har sedan läst på om den. V405 Aur är en vit dvärg i ett dubbelstjärnesystem med en omloppstid på drygt 4 timmar och är en s.k. intermediate polar. Detta innebär att den har ett starkt magnetiskt fält vilket gör den aktiv även i röntgenbandet. Som jag förstått det är stjärnans magnetpoler kriftigt vinklade mot dess rotationsaxel och synriktningen är ungefär mot dess ekvator. Detta innebär att två gånger per rotation riktas stjärnans aktiva magnetpoler mot jorden, vilket ökar ljusstyrkan i synligt ljus ned ca. 0.1 magnituder. Man kan på detta sätt mäta stjärnans rotationstid som ligger på 545.5 sekunder eller drygt 9 minuter.

Jag hittade en intressant artikel om stjärnan på Astronomisk Ungdom, ett mycket ambitiöst gymnasiearbete av Tomass Wilson.

Stjärnan har under 20 års tid observerats av medlemmar i Center for Backyard Astrophysics, det var där Magnus hade kommit i kontakt med den. Mycket av deras data finns också tillgängligt på AAVSO. Som jag fattat det är det om och hur rotationstiden förändras som är målet med CBA:s observationer. Detta gör man med observationsserier på 2-5 timmar och mätningar 1-2 gånger per minut. Genom att kombinera flera nätters data kan man få mycket noggranna värden på rotationstiden.

Jag blev nyfiken på stjärnan och laddade ner alla observationer från AAVSO och började bestämma perioder och tidpunkter för maximum från de enskilda nätternas serier. För att få bra värden på perioden krävs en noggrannhet på minst 8, helst 10 decimaler... Jag märkte snart att spridningen var för stor för enskilda nätter, men genom att kombinera serier inom 2-7 dagar blev perioden stabilare. Dock avvek den fortfarande ofta från den angivna, ibland var den lite kortare, ibland lite längre. Efter ett tag såg jag ett mönster, på hösten tenderade perioden att vara kortare och på våren längre, medan den på vintern låg nära den angivna. Det jag av en slump hade upptäckt var dopplereffekten från jordens omlopp runt solen!

Här är ett diagram över hur perioden ändras med årstid.
V405 Aur_per.jpg
V405 Aur_per.jpg (46.56 KiB) Viewed 1808 times
Tidpunkten för observationerna som är gjorda under 20 år visas här bara med månad och dag. Stjärnan står i opposition ungefär vid vintersolståndet, det innbär att dopplereffekten blir som störst i slutet av september och i slutet av mars. Man kan se att perioden vid dessa tidpunkter varierar mellan ca 0.0063126 och 0.0063138 dygn. Detta är en variation på +/-0.05 sekunder eller ungefär 1/10000-del av perioden på 545 sekunder. För att skapa denna effekt bör jorden röra sig med 1/10000 av ljushastigheten. 300000 / 10000 = 30 km/s.

Det var ju en kul och oväntad "upptäckt" att jorden rör sig runt solen, men det försvårade periodberäkningen av V405 Aur. Jag fick istället använda tidpunken för maximum från de enskilda nätterna och räkna om den till heliocentrisk tid. Till slut fick jag en lista med tider från 200 obs-serier 2000-2021. Jag var rädd att det inte skulle gå att kombinera ihop dem då glappet mellan säsongerna är 30000 - 50000 cykler. En alldeles så liten ändring i perioden under sommaruppehållet skulle göra det omöjligt att veta exakt hur många cykler som passerat mellan den sista serien på våren och den första nästa höst.

Det visade sig dock att rotationstiden för V405 Aur är väldigt stabil, till skillnad från en del andra intermediate polars, så jag tror jag lyckats pussla ihop alla 200 serier med rätt mellanrum. Jag hade också hjälp av data från två artiklar av Piirola och Breus där de publicerat maxtider och delvis täckte ett glapp i AAVSO-datat 2001-2007. Till slut gjorde jag ett O-C diagram med min data från AAVSO de från de två artiklarna.
V405Aur_3.jpg
Diagrammet visar heliocentrisk JD-datum på x-axeln från 1994 till 2021. På y-axeln syns förskjutningen i tidpunkt för max mellan observerad och beräknad tidpunkt uttryckt i cykler (1 cykel = perioden). Medelperioden för hela tidsrymden blev 0.0063131465 dygn, signifikant till 10 decimaler, i sekunder blev den 545.45586.
Thomas Karlsson
staffastro
Posts: 137
Joined: 2013-06-02 17:19:53
spamtest: JA
Location: Värnamo
Contact:

Re: V405 Aur och dopplereffekten

Post by staffastro »

Intressant och mycket konkret illustration till varför man ska reducera till Heliocentrisk JD!
Hans Bengtsson
Posts: 5571
Joined: 2011-03-04 18:19:54
spamtest: JA

Re: V405 Aur och dopplereffekten

Post by Hans Bengtsson »

Verkligen snyggt jobbat, som alltid! Jag läste med stort intresse. Reduktion till HJD är en viktig faktor när det gäller analys av såhär snabba variabler.

Måste också uttrycka min uppskattning av Tomass Wilsons artikel. Inte ofta man ser den nivån på ett gymnasiearbete.

Mvh
Hans Bengtsson
ThomasK
Posts: 1652
Joined: 2010-06-29 12:10:36
spamtest: JA
Contact:

Re: V405 Aur och dopplereffekten

Post by ThomasK »

Jag var medveten om ljustiden solen-jorden och dess inverkan över året och att det var nödvändigt att använda heliocentrisk tid. Jag var också osäker vilken tid observationerna på AAVSO var rapporterade som, JD eller HJD. De visade sig att alla 200 serier utom en var i JD. Den som avvek hoppade på rätt plats i O-C diagrammet om man inte gjorde den heliocentriska korrigeringen.

Min tanke var därför att använda HJD-tiderna vid maximum för periodberäkningen. Det jag var osäker på var om det skulle gå att bestämma antalet cykler mellan serierna. Det var därför jag också gjorde en periodberäkning med 2-7 dagars intervall för att kontrollera den "lokala" perioden ifall den skulle variera mellan säsongerna och påverka antalet cykler. I denna beräkning använde jag datat direkt från AAVSO utan heliocentrisk korrigering och utan tanke på att jag då skulle kunna få en dopplereffekt som var mycket större än stjärnans egna periodförändringar. Som tur var verkar perioden för V405 Aur så stabil att jag kunde använda dess angivna period från de andra artiklarna och med den ganska lätt avgöra antalet cykler under hela det 20-åriga spannet.

En tanke som slog mig nu är att man väl egentligen borde använda barycentrisk tid. Den lilla periodförändring man ser i O-C diagrammet verkar ha ett spann på 20 år och är i storleksordningen +/-1x10^-9 dygn. Vet inte om det skulle kunna förklaras med skillnaden mellan heliocentrisk och barycentrisk tid.
Thomas Karlsson
ThomasK
Posts: 1652
Joined: 2010-06-29 12:10:36
spamtest: JA
Contact:

Re: V405 Aur och dopplereffekten

Post by ThomasK »

Jag hittade den här sidan http://astroutils.astronomy.ohio-state. ... c2bjd.html" onclick="window.open(this.href);return false; som converterar geocentrisk JD till barycentrisk JD och körde in mina tider för V405 Aur i den och gjorde en ny serie i O-C diagrammet. Det är de ljusblå punkterna i diagrammet nedan. Man kan se en liten skillnad mot de ursprungliga mörkblå, men inte så stor att det förklarar puckeln runt 2010.
V405Aur_4.jpg
Thomas Karlsson

Return to “Variabla stjärnor”