Hertzsprung-Russell diagram van open sterrenhopen

Hendrik VandenbruaeneVolkssterrenwacht Beisbroek

Feb 2011

Hoe het begon…

• Ejnar Hertzsprung (EUR)• Henry Norris Russell (USA)• Vroege 20e eeuw• Plot van Lichtkracht t.o.v. Sterkleur (spectraalklasse)• Kleur – Magnitude diagramà sterren blijkbaar niet willekeurig verdeeld, maar

verband tussen lichtkracht en oppervlakte-temperatuur

• HRD

• Cruciaal voor inzicht eigenschappen sterren, sterevolutie etc…

Een beetje theorie over HRDs

Voorbeeld van modern HR diagram op basis van 15.000 sterren Hipparcos

Sterevolutie door HRD

Iso-chronen in HRD• Plot van de positie van de sterren met een bepaalde leeftijd over de

verschillende startmassa’s heen à karakteristiek patroon

Vb : simulatie voor bep samenstelling, parameter in figuur leeftijd in log(yr)

Praktisch voorbeeld hiervan

• HRD van bolvormige sterrenhoop• Pionier : F Zwicky (U2010)

Een beetje theorie over stereigenschappen

Magnitude - Lichtkracht• Schijnbare magniude : m• Absolute magnitude : M (= m op 10 parsec)• m-M = afstandsmodulus• M = m + 5 – 5 log d (d : afstand in parsec)

• m2 – m1 = 2.5 log (l1/l2) : relatie magnitude en lichtkracht (wet van Pogson)

• Concreet tov zon :• 4.8 – M = 2.5 log(L/Lzon)

0,001

0,01

0,1

1

10

100

1000

10000

100000

-10 -5 0 5 10

absolute mag

licht

krac

ht to

v zo

n

Temperatuur - Kleur• Spectrum sterren : Planckse kromme• Verschuivingswet Wien : verband Temp met max in curve

– Hete sterren : blauw– Koele sterren : rood – oranje– Lambda_max = 2.900.000nm/T[K]

• Hoe meten ?– D.m.v. kleurenfilters en verschil maken

• Standaard systeem : à Johnson UBV filtersysteemà Kleurindex : B-V magnitude

Geïllustreerd

Voorbeeld van modern HR diagram op basis van 15.000 sterren Hipparcos

kleurindex

Overeenkomst Johnson – RGB ??

G is bijna zo goed als V-filterB wat meer afwijking

En nu zelf aan de slag !

Onze tactiek

• CCD-opnames door RGB kleurenfilters• DSLR-opnames uitsplitsen in RGB

• Lichtkracht (verticale as)– Neem schijnbare magnitude (want sterren staan toch min of meer op zelfde

afstand : m à M is gewoon verschuiving– V-magnitude à neem G-magnitude

• Kleurindex (horizontale as)– Ipv Johnson B-V neem RGB B-G magnitude

• Al die magnitudes opmeten met MAXIM-DL. Dit doen van enkele tientallen sterren en in Excel plotten à HRD

• Ijken van de magnitude-data : via AAVSO gegevens of via WEBDA

WEBDA : database open sterrenhopen

• http://www.univie.ac.at/webda/• Database van open sterrenhopen data uit de vakliteratuur. (univ

Wenen)• + allerlei zoek en plot tools • à laat toe om bvb van bepaalde ster in sterrenhoop referentiedata te

vinden voor magnitude-ijking. • à en eigenlijk ook om a la minute een HRD te bekomen (zie

verder…)

M38 – NGC 1912 - Auriga

• Opnames met MPT 300 + ATIK• 1 opname G en B (15 sec) – gewoon ruw• 9 jan 2011• 70 sterren uitgekozen• Helderheid gemeten tov 2 ref sterren

• RGB combi geeft al enkele rood-oranje sterren

M38 : kleur - mag diagram

9

10

11

12

13

14

150,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20

B-G mag

G -m

ag

Rode reuzen

hoofdreeks

Vergelijking met WEBDA data

Veel zwakkere sterrenVeel scatter !

M 36 – NGC 1960 - Auriga

• Opnames met MPT 300 + ATIK• 1 opname G en B (15 sec) – gewoon ruw• 9 jan 2011• 50 sterren uitgekozen• Helderheid gemeten tov 2 ref sterren

M36 : kleur - mag diagram

8,00

9,00

10,00

11,00

12,00

13,00

14,00-0,20 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40

B-V mag

G m

ag

Blijkbaar enkel de helderste hoofdreekssterren mee !

WEBDA data

H en Chi Per - NGC 884 - 869

• Opnames met Canon 350D op 114mm Newton – HEQ5

• 1 opname 30 sec – RAW mode• 25 dec 2010• 50 en 60 sterren uitgekozen• RAW opgesplitst in RGB (MaximDL)• Helderheid gemeten tov 2 ref sterren

• 884 onderaan• 869 bovenaan

HRD : H en Chi per (0884 - 0869)

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

11,00

12,00

13,00

14,000,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00

B - G mag

B -

mag

DSLR : B-G blijkbaar sterk verschoven !

Beetje verder mee spelen…

Afstand tot sterrenhopen• Principe :

– Bepalen van verschuiving tussen waargenomen schijnbare hoofdreeks en ‘standaard hoofdreeks in absolute magnitude’

– Dit geeft de afstandsmodulus à afstand– Logd = (5+m-M) / 5

– Opgelet : moet in principe gecorrigeerd met extinctie – dit kan significant zijn voor grote afstanden

Hoofdreeks HRD

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

-0,5 0 0,5 1 1,5 2

B-V

abs

Mag

Even aan rekenen / afschatten

Nog beetje verder mee spelenLeeftijd van sterrenhoop• Turn-off point van hoofdreeks is maat voor leeftijd sterrenhoop

Even afschatten• Correlatie turnoff point

met leeftijd cluster

Conclusies• Vrij tevreden voor eerste pogingen : globaal karakter HRD OK – zeker met

114mm toch wel bescheiden middelen

• Vrij goede overeenkomst met WEBDA - althans bovenste stuk van curve (opgelet : WEBDA soms veel fouten (bvb zelfde gegevens voor meerdere sterren naast elkaar – oude data ??)

• Wel enkel helderste sterren in de analyse.• Zou nog langer belichte opname nodig hebben om ook zwakke sterren mee te

nemen

• Wel niet in ‘officiële’ eenheden – meer ijking nodig• Beschouw als ‘snelle’ eerste pass, kunt hierop waarschijnlijk veel verfijnen…• Geeft inzicht in astrofysische methodes en vooral moeilijkheden…

Literatuur

• Chromey F, To measure the sky, an introduction to observational astronomy, Cambridge 2010

• Ding A, Studying the H-R diagram of M29 (internet)• ESA/ESO practicum 4, Het meten van de afstand en leeftijd van een

bolvormige sterrenhoop• Hoff D, Kelsey L, Neff J, Activities in astronomy (4th edition),

Kendall/Hunt 1996• Inglis M, Observer’s guide to stellar evolution, Springer 2003• JVS, Sterrenkundige practica 1, 1985• JVS, Sterrenkundige practica 2, 1987• Skinakas observatory, Project 4, The Hertzsprung-Russell diagram open

clusters (internet)• Vanderbei R, Sequencing the stars, Sky&Tel dec 2010