Pozorování proměnných hvězd – březen 2021 - kampaň AD Leo

AD Leonis – spektroskopie a fotometrie eruptivní hvězdy – kampaň 2021

Ve dnech 5.–8. března 2021 byla naplánovaná pozorovací kampaň eruptivní hvězdy AD Leo. Cílem bylo zajistit fotometrická data případných erupcí u této hvězdy a nasnímat spektra. Prostřednictvím profesora Petra Heinzela a doktora Petra Kabátha z Astronomického ústavu ČR byl rezervován Perekův dalekohled na pořizování spekter. Pro zachycení erupcí v různých vlnových délkách bylo zapotřebí zajistit větší počet pozorovatelů. Proto byla Hvězdárna ve Valašském Meziříčí požádána o koordinaci pozorování během této kampaně. Na výzvu se přihlásilo 8 pozorovatelů ze Sekce proměnných hvězd a exoplanet, zapojilo se i několik ondřejovských dalekohledů pod patronací Martina Jelínka a Jana Štrobla.

AD Leonis (Gliese 388) je známý eruptivní červený trpaslík. Nachází se relativně blízko Slunce, ve vzdálenosti zhruba 16 světelných let v souhvězdí Lva, v H-R diagramu na hlavní posloupnosti jako hvězda spektrální třídy M3.5eV. Jedná se o typickou eruptivní hvězdu.

AD Leonis je hvězda spektrálního typu M3.5eV, což znamená, že jde o hvězdu na hlavní posloupnosti, která má emisní čáry ve svém spektru. Ve vzdálenosti 15,9 sv. l. (4,9 pc) má zdánlivou vizuální velikost 9,43 mag. Dosahuje zhruba 39–42 % hmotnosti Slunce, při které je hvězda plně konvektivní, a průměr 39 % slunečního poloměru. Předpokládaná rychlost její rotace činí 3 km/ s, jedna otočka trvá 2,24 dne. Jedná se o poměrně mladou hvězdu s odhadovaným věkem 25–300 milionů let, považovanou za člena mladé diskové populace.
Proměnnost této hvězdy poprvé pozorovali v roce 1949 Katherine C. Gordon a Gerald E. Kron v Lickově observatoři. AD Leonis je jedna z nejaktivnějších známých eruptivních hvězd, emise z erupcí byly detekovány napříč elektromagnetickým spektrem od rentgenové oblasti. Magnetický tok na povrchu je asi 3 kG. Kromě hvězdných skvrn je přibližně 73 % povrchu pokryto magneticky aktivními oblastmi. Studium korony v rentgenové oblasti ukazuje kompaktní struktury smyček, které se pohybují až do 30 % velikosti hvězdy. Průměrná teplota korony je kolem 6,39 MK.

V roce 1943 během výzkumu AD Leo v observatoři McCormick pojal Dirk Reuyl podezření, že hvězda má průvodce. Studie Sarah L. Lippincottové ze Sproul Observatory z roku 1968 však nemohla tento výsledek potvrdit. Pozorování infračerveným interferometrem v roce 1997 nedokázalo odhalit průvodce obíhajícího ve vzdálenosti 1–10 AU od hvězdy. V roce 2001 byla AD Leo pozorována optickým koronografem, ale žádný společník nebyl nalezen. Neexistují žádné známky variability v jeho radiálních rychlostech, které by jinak ukazovaly na přítomnost neviditelného společníka.

Průběh kampaně:
Prostřednictvím profesora Petra Heinzela a doktora Petra Kabátha byl rezervován Perekův dalekohled na pořizování spekter. Podobně jako v roce 2019, tentokrát v termínu od 5. do 8. března 2021, jsme souběžně s pořizováním spekter prováděli fotometrii AD Leo. Pro zachycení erupcí v různých vlnových délkách bylo zapotřebí zajistit větší počet pozorovatelů. Na výzvu se přihlásilo 8 pozorovatelů ze Sekce proměnných hvězd a exoplanet, zapojilo se i několik ondřejovských dalekohledů pod patronací Martina Jelínka a Jana Štrobla. 
Během čtyř nocí bylo na různých stanovištích většinou jasno, takže se podařilo zdokumentovat eruptivní činnost této hvězdy. Kromě pátku 5. 3. 2021, kdy nastaly technické problémy na "dvoumetru", jsou k dispozici spektra erupcí. Celkem byla AD Leo pod dohledem 38,55 hodiny, během nichž nastalo 22 erupcí, což znamená frekvenci jedné erupce za 1,75 hodiny. V porovnání s kampaní z roku 2019, kdy hvězda byla pozorována po dobu 56,11 hodiny a bylo pozorováno 12 erupcí (tedy 1 erupce za 4,68 hodiny), byla aktivita AD Leo více než dvakrát větší. Bohužel, naprostá většina erupcí byla relativně slabá (do 0,1 magnitudy ve filtru B), tudíž pozorování v ostatních filtrech měly erupce menší zjasnění nebo nebyly vidět vůbec (respektive se ztratily v šumu světelné křivky).
Rozptyl časů maxim erupcí od různých pozorovatelů v různých filtrech se pohybovaly maximálně v desítkách sekund (to je zpravidla ovlivněno délkou expozičních časů), což je výtečné a svědčí o slušných pozorovacích podmínkách, správném nastavení časů na počítačích pozorovatelů a správném zpracování dat.
 

Obrázek 1: Světelné křivky AD Leo z noci 5.–6. 3. 2021. Erupce č. 1 měla zjasnění 0,12 magnitudy a trvala 25,5 minuty, erupce č. 6 dosáhla 0,09 magnitudy a trvala 7,7 minuty. Ve filtrech V je také vidět mírné zjasnění. To odpovídá vztahu mezi amplitudou zjasnění a vlnovou délkou, který naznačuje, že zjasnění erupce je generováno z oblasti s teplotou okolo 10 000 K, zatímco teplota fotosféry AD Leo je 3 390 K.

Obrázek 2: Světelné křivky AD Leo z noci 6.–7. 3. 2021. Tuto noc bylo zaznamenáno 8 erupcí, ale se zjasněním ve filtru B pouze 0,01–0,06 magnitudy, tudíž v dalších filtrech nezaznamenatelné.

Obrázek 3: Světelné křivky AD Leo z noci 7.–8. 3. 2021. Alespoň erupce č. 4. dosáhla zjasnění ve filtru B 0,31, ve filtru V 0,08 a filtru R 0,05 magnitudy. I tato erupce je v dobré korelaci se vztahem amplituda zjasnění a vlnová délka.

Obrázek 4: Světelné křivky AD Leo z noci 8.–9. 3. 2021. Tuto noc byly zaznamenány dvě erupce s amplitudami 0,18 a 0,16 magnitudy, opět ve filtru B. Maximum jasnosti první erupce bylo zaznamenáno i v Praze na dalekohledu s kamerou bez filtru ve stejném čase.

Jak je patrné z předchozích obrázků, během kampaně nebyla pozorována erupce, která by splňovala podmínku označení supererupce, při níž by celková uvolněná energie měla přesáhnout hodnotu 10³³ erg. Je otázkou, zda tak výrazné erupce na této hvězdě probíhají. 
Japonští astronomové tuto hvězdu pozorovali již v roce 2019, a to od 22. do 28. března a od 11. do 13. dubna. První naše kampaň probíhala shodou okolností od 15. do 22. dubna 2019. Japonští astronomové měli k dispozici tři dalekohledy spektroskopické dalekohledy, dva fotometrické a jeden rentgenový dalekohled NICER, který je na palubě ISS. Jaké jsou závěry? Všemi přístroji bylo zaregistrováno 12 erupcí. Během 52 hodin pozorování 50cm dalekohledem s filtry g´ Rc a Ic byla zaznamenána jedna erupce, ale zato výrazná s amplitudou zjasnění přes 1 magnitudu. Lze ji klasifikovat jako supererupci. Data ze spekter u této erupce ukázala jiný charakter emisních čar vodíku než u menších erupcí. V publikaci je popsána možná interpretace, proč tyto rozdíly nastávají.
Pro zajímavost, jednu pozorovací noc, 12. 4. 2019, byla prováděna fotometrie AD Leo 40cm dalekohledem ve filtru B. Tímto přístrojem byly během pěti hodin zaregistrovány tři erupce, což dává hodnotu 0,6 erupce za hodinu, která je v podstatě shodná s naším pozorováním z nové kampaně.
Je otázkou, jak často supererupce u AD Leo nastávají a zda by se podařilo získat spektrum. To obnáší pravděpodobně velké množství pozorovacího času u velkého spektroskopického dalekohledu, což do budoucna bude problém získat.
Odpověď nám možná nabídne družice TESS, která bude oblast s AD Leo nepřetržitě sledovat v období od 6. listopadu do 30. prosince 2021 (sektor 45 a 46) a od 28. ledna do 26. února 2022 (sektor 48). Zatím nevíme, jestli expozice budou v krátké dvouminutové kadenci, nebo té dlouhé.