Díky planetce Emma jsme objevili NOVOU hvězdu

V úterý 24. 11. 2020 večer měla poměrně velká planetka (283) Emma (průměr cca 130 km a jasnost 12,8^mag) zakrýt jasnou hvězdu TYC 2392-01288-1 (8,6^mag) v souhvězdí Vozky. Byl tedy očekáván poměrně velký pokles jasnosti (o 4,2^mag). Navíc kolem planetky Emma obíhá měsíc (průměr cca 9 km). Očekávání tedy bylo veliké. Po vyhodnocení záznamu z pozorování jsme však zjistili, že k poklesu jasnosti sice došlo, ale k mnohem menšímu, i když delšímu než jsme očekávali. Vysvětlením takového poklesu je, že samotná planetka zakryla jinou, zatím neznámou slabší hvězdu, která je však velice blízko té původní.

"Nová" hvězda?

Pod pojmem nová hvězda nebo také nova však mají astronomové většinou na mysli hvězdu, která náhle a prudce změní stotisíckrát až milionkrát svou jasnost, což nebyl náš případ.

To, co jsme pozorovali, nebyla nova, ale planetka zakryla slabší, zatím neidentifikovanou, složku dvojhvězdy.

Planetka (283) Emma

Emma je velká planetka hlavního pásu planetek mezi drahami Marsu a Jupiteru. Byla objevena již v roce 1889. Po ní je pojmenována celá rodina planetek. Má mírně protáhlý tvar se středním průměrem něco málo přes 130 km. Kolem Slunce obíhá po mírně výstředné dráze (e = 0,114) ve vzdálenosti 2,609 až 3,488 AU se sklonem 8° k ekliptice. Doba jednoho oběhu činí 5,322 roku. Interaktivní 3D modely planetky s dalšími parametry jsou k nalezení např. na https://3d-asteroids.space/asteroids/283-Emma nebo https://astro.troja.mff.cuni.cz/projects/damit/?q=283 (modely DAMIT – Database of Asteroid Models from Inversion Techniques).

Důležitou informací je, že kolem Emmy obíhá měsíček (označení S2003-283-1) objevený v roce 2003 dalekohledem Keck II. Průměr měsíce je okolo 9 km, obíhá kolem planetky po dráze ve vzdálenosti cca 580 km (velikost hlavní poloosy) od planetky s výstředností e = 0,12 .

Parametry zákrytu – předpověď

Podrobnější údaje o zákrytu jsou na následujících obrázcích (kliknutím na obrázky zvětšete do čitelné podoby):

Obr. 3: předpověď pro planetku Emma	Obr. 4: předpověď pro měsíc planetky

V obrázích č. 3 a 4 jsou důležité údaje o předpovězeném zákrytu. V prvním sloupci údaje o zakrývané hvězdě (jasnost a souřadnice), ve druhém údaje o zákrytu (maximální délka trvání, odhadovaný pokles jasnosti, vzdálenosti Slunce a Měsíce) a ve třetím údaje o planetce (jasnost, průměr, paralaxa a hodinová změna souřadnic).

Podle předpovědi (obr. 3 a obr. 5) však mělo k zákrytu planetky dojít asi o 450 km od nás směrem na jihozápad (tedy např. v Itáli, Srbsku, Rumunsku, Rusku, na Ukrajině nebo v Alžíru). Protože dráha planetky je známa poměrně s velkou přesností, byla pravděpodobnost úspěšného pozorování podle předpovědi pro Valašské Meziříčí 0% (OccultWatcher). Maximální doba trvání zákrytu na centrální linii měla být dlouhá - až 11,5 s, pokles jasnosti hvězdy až 40x, tj. o 4,2^mag (pokles jasu hvězdy na jas planetky).

V současné době nelze jednoduše cestovat do Itálie, tak jsme pozorovali od nás :-). Ne, důvodem proč jsme se hlavně rozhodli pozorovat tento úkaz bylo to, že tato planetka má měsíc, který obíhá ve vzdálenosti až 580 km. Podle předpovědi (obr. 4) byla situace pro nás mnohem nadějnější než pro planetku samotnou - "stín" měl procházet v naší těsné blízkosti. Tady už určitá nenulová pravděpodobnost (i když ne příliš velká vzhledem k velikosti měsíce a nepřesnosti ve znalosti jeho dráhy), že bychom mohli pomocí naší speciální kamery zachytit zákryt hvězdy tímto měsícem byla. Avšak očekávaná maximální doba zákrytu se "smrskla" na pouhých 0,9 s.

Pozorování

Rozložení části z 11 stanic přihlášených na pozorování vzhledem k předpovězenému "stínu" planetky je znázorněno na obrázku z aplikace OccultWatcher (Obr. č. 5) - červená značka označuje polohu naší hvězdárny (podle předpovědi jsme byli 450 km mimo stín a pravděpodobnost pozitivního pozorování byla 0 %), zelená čára označuje centrální linii, modré čáry okraje planetky, červené čáry chybu 1 a 2 sigma, černé čáry přihlášené pozorovací stanice:

Obr. 5: Pohyb "stínu" planetky po Zemi a rozložení stanic připravených na pozorování

Pro pozorování používáme dalekohled Newton 254/1200 mm (v jižní kopuli) s kamerou QHY 174 GPS Cooled. Tato kamera je velice vhodná na takováto pozorování. Chip kamery lze chladit a tím snížit šum a zvýšit odstup signálu od šumu (teplota chlazení byla -30 °C). K nahrávání úkazu do PC používáme program SharpCap a ke zpracování programy Tangra a AOTA. Konečné zpracování provedl Jan Mánek (za což mu patří náš dík) pomocí PyMovie a  PYOTE - bylo třeba opravit záznam (chyběly nějaké snímky, protože patrně nestíhal ukládat pozorovací notebook). Přesný čas do hlavičky souboru (typ SER) i přímo do obrazu vkládá sama kamera, která má v sobě integrovaný přijímač GPS - obr. 6:

Jelikož jsme očekávali velice krátký úkaz (max. 0,9 s), byla snaha nastavit co nejkratší expozici. Protože byla hvězda dostatečně jasná, dostali jsme se až na 10 ms, jenomže výřez byl tak malý, že se do něj vešla pouze sledovaná hvězda. Pokles její jasnosti měl být velký a neměl by být problém ho zaznamenat. Ale, jak se později ukázalo, měl jsem nějaké "vnuknutí" - zvětšil jsem výřez tak, aby se v něm nacházela ještě jedna (srovnávací) hvězda. Daní za to muselo být prodloužení expozice na 20 ms. Při nepatrném poklesu, jaký jsme potom zaznamenali, bychom bez srovnávací hvězdy nemohli o tom poklesu nic říct (nebyl způsoben např. tenkým mráčkem?) a určitě bychom výsledek hlásili jako negativní, tedy že k zákrytu nedošlo.

Během samotného úkazu jsme s kolegy J. Srbou a L. Šmelcerem s napětím 6 minut sledovali monitor pozorovacího notebooku. Po uplynutí "dlouhých" minut jsme se na sebe podívali: "Tak zase nic ...!" :-(

Výsledky pozorování

Jenomže už při prvním "hrubém" zpracování pomocí programu Tangra se na světelné křivce pozorované hvězdy objevil malý mělký zoubek. Podobný zoubek u hvězdy srovnávací však nebyl. Délka poklesu přes 10 s, ale pokles jasnosti jen 0,1 - 0,2^mag - obr. 7:

Délka zákrytu tedy odpovídala zákrytu samotnou planetkou, k němuž ale u nás nemělo dojít. Problém ale byl ten malý pokles jasnosti. Vymýšleli jsme různé divoké teorie, ale nejjednodušší vysvětlení nám nabídl Jan Mánek: "Planetka prostě zakryla slabší složku zatím neznámé dvojhvězdy." 

Okamžitě mne napadlo, že podobné pozorování by mohl mít i někdo jiný, kdo pozoroval nedaleko od nás (cca 100 km) a toho mírného poklesu by si nemusel všimnout. Nadějnými kandidáty mohli být dva pozorovatelé z Itálie a jeden z Polska. Proto jsem při posílání protokolu z pozorování do EAON (European Asteroidal Occultation Network) na toto upozornil. Eric Frappa, který zpracovává v EAON napozorovaná data, prohlédl a analyzoval Italská "negativní" pozorování (z Polska nedorazilo) a zjistil, že i tato pozorování jsou pozitivní:

Obr. 8: pozorování - Michele Bigi, Itálie	Obr. 9: pozorování - Pietro Baruffetti, Itálie

Klobouk dolů pane Frappo, hlavně kvůli zpracování druhého pozorování.

Na první pohled je zřejmý rozdíl mezi naším pozorováním a italskými. Je způsoben tím, že my používáme CMOS kameru QHY174 s 12 bitovou hloubkou, kdežto italští kolegové videokametry Watec 910 s bitovou hloubkou 8 bit.

Do zpracovatelského centra EAON dorazilo zatím celkem 7 pozorování: 2 negativní (Švýcarsko a Slovensko), 3 pozitivní pro planetku a slabší složku (Česko, 2 Itálie - ale obě na stejné linii) a 2 pozitivní pro planetku a jasnou složku (obě Alžír). Alžírská pozorování jsou obě ze stejného místa a pouze vizuální, ale i tak důležitá pro určení parametrů dvojhvězdy. Žádné pozorování zákrytu měsíčkem nebylo hlášeno.

Všechna nahlášená pozorování tohoto zákrytu lze nalézt na https://www.euraster.net/results/2020/index.html#1124-283.

Protože byl napozorován zákryt jak primární, tak sekundární složky dvojhvězdy, podařily se určit/ověřit rozměry planetky a parametry dvojvězdy. Z napozorovaných dat a s pomocí modelu DAMIT se podařilo E. Frappovi získat následující dvě řešení. Dvě proto, že pro zákryt primární složky dvojhvězdy je pouze jedna tětiva. Posun dráhy oproti předpovědi je však vzhledem k dvěma řešením nejednoznačný. Následující obrázky jsou převzaty z https://www.euraster.net/ (barevné úsečky znázorňují jednotlivá pozorování, tečkovaná čára předpověď):

Obr. 10: první řešení rozměr planetky: 131,1 x 131,1 km parametry dvojhvězdy:      - úhlová vzdálenost složek: 0,700"      - poziční úhel: 105,0°	Obr. 11: druhé řešení rozměr planetky: 131,1 x 131,1 km parametry dvojhvězdy:      - úhlová vzdálenost složek: 0,753"      - poziční úhel: 109,6°

Eric Frappa k tomu uvádí: "S úhlovou vzdáleností 0,7 až 0,8" se jedná o dvojhvězdou s největší úhlovou vzdáleností, jaká kdy byla objevena technikou pozorování planetkových zákrytů. Taková vzdálenost umožňuje optickou detekci a bylo by hezké, získat takové přímé potvrzení."

Změřený pokles 0,18^mag z naší světelné křivky a použitím magnitudy (ve V) dvojhvědy 8,6^mag (Occult) vede k určení jasností pro obě hvězdy: 8,8^mag pro primární složku a 10,6^mag pro sekundární.

Poznámka (Jan Mánek): "Gaia-DR2 (i DR3) uvádí, že zdroj má "duplicated source flag", což označuje objekt, kde pozorovací data ukazují dva možné zdroje, které jsou si ale blíže než cca 0,3" - což je oblast, kde panuje nejistota, jak to vyhodnotit. Proto jsou zatím takové zdroje označené tím příznakem/flagem a v katalogu je uvedená jen jedna poloha (ta "lepší")."
 

Výsledky pozorování - Valašské Meziříčí

Světelná křivka, kterou jsme získali ze záznamu, je uvedena na následujícím obrázku:

Obr. 12: světelná křivka - zákryt sekundární složky TYC 2392-01288-1 (vyhodnocení Jan Mánek, PyOTE)

Získané časy zákrytu byly pro naše pozorovací stanoviště pro vstup (D) 19:33:27,96 +/- 0,11 s a pro výstup (R) 19:33:38,32 +/- 0,11 s (v UT), doba zákrytu 10,36 +/- 0,15 s, pokles jasnosti 0,18^mag, S/N 1,56.

Důležitá poznámka

Z výše uvedeného planetkového zákrytu vyplývá, že pozorování zákrytů je důležitou a v některých případech nezastupitelnou oblastí astronomie při ověřování modelů planetek, určování jejich rozměrů, objevování jejich měsíců nebo prstenců a zpřesňování parametrů jejich drah. Také pro objevování blízkých dvojhvězd (nebo vícenásobných hvězdných sytémů) a stanovení jejich parametrů (úhlová vzdálenost, poziční úhel).

Pro to, aby napozorovaná data měla vědeckou hodnotu, je třeba více precizních pozorování z různých míst na Zemi. Ve velkém počtu případů o úspěšném výsledku rovněž rozhoduje počasí a "štěstí". Obrovskou roli zde hrají samotní pozorovatelé (i amatérští astronomové), ale hlavně obětaví lidé, kteří počítají předpovědi, vytváří programy na předpovědi i na samotné zpracování, organizují sítě pozorovatelů a zpracovávají napozorovaná data často ve svém volném čase.