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Spettroscopia (lista principale)

Bellatrix

Pubblicato: 2 febbraio 2016

Dopo la supergigante rossa Betelgeuse ripresa nel dicembre scorso, abbiamo studiato un'altra stella di Orione, γ-Orionis, conosciuta come Bellatrix ("la guerriera") o "Stella dell'Amazzone".

AF5-28. Orion, Orions belt, Orion's swordhandle, Rigel, Betelgeuse, credit: Akira Fujii/DMI.

La ripresa dello spettro è stata effettuata il 16 gennaio, durante una notte di osservazione del profondo cielo sugli Appennini (qui trovare il report osservativo della nottata!) nelle ore in cui la Luna era ancora sopra l'orizzonte. Oltre a Bellatrix, abbiamo ripreso (nuvamente) le tre stelle della Cintura, Rigel e Alcione, ancora da elaborare.

Bellatrix splende di magnitudine visuale 1,64, indice B-V -0,21 e U-B –0.86. La sua classe spettrale è B2V (SIMBAD), ma si trova anche catalogata come B2III. Bellatrix infatti presenta lo spettro caratteristico di una gigante blu (III è la catalogazione delle giganti, V delle nane di sequenza principale) ma è in realtà una stella ancora nella fase di stabilità. È una stella molto calda, che emette consistentemente nell'ultravioletto - la sua temperatura superficiale è di circa 22.000 K.

Bellatrix non fa parte della Associazione OB1 di Orione e si trova distante 250 anni luce.

Il nostro spettro

Questa è l'immagine finale raccolta dalla camera, ottenuta dall'elaborazione dei migliori frame:

Lo spettro come appare al fuoco del telescopio. La ripresa è stata fatta con la camera planetaria QHY5L-II mono
con telescopio Meade ACF 8″ (203mm) su montatura HEQ5. Sono intuibili le linee dell'idrogeno, anche se deboli. L'elaborazione del filmato è stata fatta con i software PIPP e Siril.

E questo il profilo elaborato con il programma di Marco, nelle versioni senza e con i principali elementi identificati.

Abbiamo usato anche gli spettri disponibili pubblicamente dell'ESO e del catalogo Pickes come confronto (vedi sotto per un ulteriore commento).

Profilo di luce di Bellatrix e spettro sintetizzato.

Profilo di luce di Bellatrix e spettro sintetizzato.

Qui il link all'album completo con gli spettri a maggiore definizione: Album completo (raggiungibile anche cliccando sulle singole immagini).

Setup:

Luogo di ripresa Passo del Giovà, Appennini
Data 16 gennaio 2016 21:50
Reticolo StarAnalyser 100
Telescopio Tubo ottico Meade ACF 8″ (203 mm) su montatura HEQ5
Camera QHY5L-II mono
Software Software scritto in Python da uno degli autori (Marco).

Commenti allo spettro:

Le stelle di classe B presentano le linee dell'idrogeno più deboli rispetto a quelle di classe A, come Sirio. Sono presenti le linee dell'elio neutro HeI e in parte minore il silicio, il magnesio, l'elio ionizzato (HeII). Lo spettro di Bellatrix conferma questa predizione, perchè le linee di assorbimento più marcate corrispondono all'idrogenoo e all'elio, ma sono presenti anche altri elementi, come il carbonio ionizzato CII e l'ossigeno ionizzato OII, anche se in intensità drasticamente minore. È questa la ragione della sua classificazione come gigante e non come stella di sequenza principale? (Carbonio e ossigeno sono elementi che diventano evidenziabili in stelle più evolute?)

Il Confronto con lo spettro dell'ESO (UVES) ha aiutato ad trovare gli elementi e confermare la loro effettiva presenza, data la sua maggiore risoluzione. Lo spettro di UVES di Bellatrix comunque non ha le linee degli elementi già individuate:

Profilo di luce di Bellatrix e spettro sintetizzato, spettro di UVES (ESO) in grigio.

Commento per questo confronto: ci siamo accorti che le curve di corpo nero delle nostre stelle risultavano completamente sbilanciate rispetto a quelle del catalogo UVES - le lunghezze d'onda e le linee spettrali coincidevano, ma l'andamento della curva no. Abbiamo capito che il motivo sta nel fatto che in realtà è questo lo spettro completo di UVES, esteso nell'ultravioletto (dove la nostra camera non ha sensibilità):

Spettro ad alta definizione di UVES (ESO), che si estende nell'ultravioletto (in blu nella prima immagine).

Quello che sembra una sorta di doppio picco deve essere dato dal fenomeno del Balmer jump - le linee di assorbimento nell'ultravioletto sono così ravvicinate che l'effetto complessivo è un'unico crollo drastico di intensità. Per questo il nostro spettro risulta così alto quando sono sovrapposti: è la normalizzazione a 1.

Questo fatto fa anche comprendere come il nostro picco di corpo nero, seppure spostato nella "giusta direzione dello spettro", non indichi la vera temperatura della stella (infatti la legge di Wien non da 22.000 K) - il vero picco è molto più a sinistra.

Non si tratta però di un errore: deve essere davvero semplicemente che sia il fatto che la sensibilità della camera usata non si estende nell'ultravioletto che la presenza del crollo naturale di intensità da un certo punto in poi fanno sembrare che il picco di black body sia molto più avanti.

Per le immagini finali di confronto abbiamo tagliato la zona UV dello spettro e quella strana linea di emissione presente, così che la normalizzazione avesse un massimo intorno a 4000 Å.

Queste considerazioni e questi interrogativi sono inserite qui nell'esempio specifico di Bellatrix perchè questo progetto di spettroscopia è quealcosa che stiamo esplorando passo dopo passo partendo da esperienza praticamente nulla in questo campo. Più avanti avrò modo di riassumere alcuni risultati in un contesto più genarale e organico.

Bellatrix

Alcuni dati della stella

Designazione Bellatrix, Amazon Star, γ-Ori, HD 35468
Costellazione Orione
Tipologia Stella blu di sequenza principale
Tipo spettrale B2V (B2III)
Distanza 250 ly
Mv 0,58
U-B -0,86
B-V -0,21
Temperatura 22.000 K
Luminosità 6.400 L☉
Raggio 6 R☉
Massa 8,5 M☉



Riferimenti

Bellatrix - Jim Kaler

Credit: Alessia Rabaioli - alexstargazing.net