Elever utforsket universet

Syv elever fra forskerlinja ved Horten videregående skole var i november på forskningstur til Nordisk Optisk Teleskop (NOT) på La Palma. Elevene har valgt utforskning av universet som sitt fordypningsprosjekt i faget Teknologi og forskningslære-2 (TOF-2).

Målet med turen var å lete etter pulserende subdverg-stjerner i spektralklasse O-B, samt observere en annen kompakt pulserende stjerne som befinner seg i en planetarisk tåke og som antas å være i forstadiet til hvit dverg.

Været klaffet og elevene fikk utført fotoelektriske målinger av tre subdvergstjerner og tilsammen ca. 4 timers observasjoner av den hvite dvergstjernen.

Utfordrende leting

Søket etter nye pulserende kompakte stjerner inngår i et flerårig prosjekt ved Horten videregående skole. Funn av slike pulsatorer er viktig i vitenskapelig sammenheng da bruk av astroseismologi er en effektiv metode for å få innsikt i stjernenes oppbygning samt egenskaper, som eksempelvis rotasjon og masse.

Utfordringen er imidlertid slike pulserende subdverger er sjeldne. Området i Hertzprung-Russel-diagrammet som angir ustabilitets-stripen for denne type stjerner er tallrik i antall kandidater, men få av disse viser seg å faktisk pulsere. Siden skoleprosjektet «søk etter pulsatorer» startet i 2013, er det blitt undersøkt ca. 10 subdverger med Nordisk Optisk Teleskop, men så langt kun ett funn av en pulsator.

(Artikkelen fortsetter under bildet)

Foreløpig har prosjektet for få undersøkte stjerner til å kunne tallfeste noe om forholdet mellom faktiske sd-pulsatorer og sd-stjerner som ligger i ustabilitetsområdet,  men som ikke pulserer. Men så langt sammenfaller dette forholdet med resultatet fra et tidligere større søk etter slike pulsatorer der man med et stort antall undersøkte sd stjerner viser at kun ~10% av de undersøkte stjernene faktisk viste seg å pulsere (Østensen et al. 2010). 

Internasjonalt samarbeid

En del av observasjonsprogrammet går også ut på å observere en stjerne man vet pulserer fra før. I år falt valget på sentralstjernen i den planetariske tåken NGC 1501.

Denne stjernen ble valgt da det i observasjonsperioden pågikk en større undersøkelse av den i regi av Delaware Asteroseismic Research Center (DARC), og bruk av “Whole Earth Telescope» (WET). Måleserien av denne stjernen benyttes altså til to formål: som elevenes egen tidsserie av pulserende stjerne og som bidrag til WET natt til 1. og 2. november.

Pulsasjoner registreres som endringer i lysintensiteten. Den observerte svingningen kan ses på som en superposisjon av mange svingninger i stjernen der ofte hver enkelt svingning har lav amplitude.

(Artikkelen fortsetter under bildet)

For å grundig undersøke alle svingninger i en stjerne må den observeres lenge og helst uten avbrudd. Soloppgang kommer her inn som et dilemma. WET omgår dette ved at en gruppe observatorier rund på kloden samarbeider om observasjonstidene av samme stjerne slik at et observatorium som befinner seg på kveld/nattsiden tar over for forrige observatør som nærmer seg soloppgang. De 4 timene med observasjoner skal sendes til teleskopnettverket og vil inngå i den flere uker lange observasjonsserien.

Observasjonsdata til flerbruk

Astroseismologi er basert på at man har lange og gode tidsserier. Fagfeltet er ikke knyttet direkte til pensum, men det introduseres for elevene. Det å oppdage pulsatorer er en annen type arbeid som ikke krever så store mengder observasjonstid og har enklere type analyse (sammenliknet med astroseismologi og dens modellering av stjernen).

En pulserende sdB stjerne har periode på typisk 1-10 minutter og gitt at man har instrumenter til å registrere svake amplituder vil man etter ca. en times observasjoner kunne avgjøre hvorvidt det finnes pulsasjoner. Elevenes utfordring under observasjonene er å raskt kunne analysere resultatene mens observasjonene pågår, slik at man “i tide” kan konkludere med fravær av pulsasjoner og gå videre til neste objekt på himmelen. Om man derimot finner tegn til pulsasjoner, holdes teleskopet på samme objekt resten av natten for å sikre så mange målinger som mulig av stjernen.

Selve instrumentene og fotometrien gir god øvelse i “variabelkontroll” som nettopp er et sentral begrep i fagets læreplan. Videre er elvenes oppdrag å (kun) avgjøre om man har en pulsasjon eller ikke i datamaterialet (fotometri og statistikk). Selve datamaterialet, enten det er en nyoppdaget pulsator eller en serie som inngår i samarbeid med andre observatorier, vil således nyttiggjøres i vitenskapelig sammenheng av forskere på et senere tidspunkt.

Elevene fikk også på slutten tid til å endre filter i detektoren slik at den planetariske tåken med senterstjernen kunne avbildes som et fargebilde. Bildet viser den planetariske tåken med stjernen i senter. 

De siste minuttene av observasjonstiden 1. november ble det også gjort noen avbildninger av en gravitasjonslinse for forsker Håkon Dahle ved ITA.

Videre arbeid på skolen

Etter observasjonene ved NOT skal elevene rapport der de presenterer prosjektet og resultatene fra observasjonene. Utover fotometri benytter elevene også en programvare slik at tidsserien kan Fourier-transformeres. Dette gjør det lettere å påvise eventuelle pulsasjoner som ikke direkte vil kunne sees på en tidsserie/lyskurve. 

2016-kullet er siste gruppe som vil fokusere på pulserende stjerner. Fra neste år skiftes det i skolesammenheng fokus over til spektroskopi og det legges opp til bruk av høyoppløst spektrograf ved NOT. Disse observasjonene for å bestemme kjemisk innhold i utvalgte stjerner.

Les mer om sdB og tidligere større undersøkelse:

Østensen R. H.,Oreiro R., Solheim J.-E., Heber U., Silvotti R. et.al. 2010 A&A, 513, A6