RR Lyrae: variabele ster — kenmerken, pulsaties en gebruik als standaardkaars

RR Lyrae: ontdek kenmerken en pulsaties van deze variabele ster en hoe RR‑Lyrae als standaardkaars wordt gebruikt om kosmische afstanden te meten.

RR Lyrae is een pulserende variabele ster in het sterrenbeeld Lyra en is het naamgevende voorbeeld voor de klasse van variabelen die RR-Lier-variabelen worden genoemd. De prototype-ster pulseert met een korte cyclus van ongeveer 13 uur en 36 minuten (~0,566 dag). Tijdens elke radiale pulsatie verandert de straal van de ster tussen ongeveer 5,1 en 5,6 keer de straal van de zon, waardoor helderheid en spectrum gedurende de cyclus merkbaar variëren.

Kenmerken

RR-Lier-sterren zijn oude, laag-massieve (Population II) sterren, veelal te vinden in de halo van de Melkweg en in bolvormige sterrenhopen. Typische eigenschappen:

• Spectraaltype: doorgaans A (soms F) gedurende een pulsatiecyclus.
• Massa: laag, typisch in de orde van ~0,6–0,8 keer de zon, na massaverlies tijdens de rode-reusfase.
• Pulsatieperiode: kort, meestal tussen ~0,2 en 1,0 dag; veel exemplaren hebben periodes van enkele uren tot ~0,8 dag.
• Absolute grootte en helderheid: de gemiddelde absolute magnitude in zichtbaar licht ligt rond +0,5 tot +0,8 (voorlopig vaak geciteerd als ≈ +0,75), wat overeenkomt met een lichtkracht van ongeveer 40–50 keer die van de zon.
• Amplitude: variatie in helderheid kan in zichtbaar licht tot ca. 1 magnitude of meer bedragen; amplitudes zijn afhankelijk van het type pulsatie (zie verder).

Pulsatiemechanisme

De pulsaties van RR-Lier-sterren worden veroorzaakt door hetzelfde basismechanisme als bij cepheïden — de κ-mechanisme (kappa-mechanisme): een gedeeltelijke ionisatiezone van helium in de buitenlagen werkt als een ventil en veroorzaakt periodieke opzwelling en samentrekking van de buitenlagen. Omdat het structurele en evolutionaire stadium van RR-Lier-sterren anders is (het zijn horizontale-tak-sterren die helium in hun kern verbranden), zijn er verschillen in periode en amplitude in vergelijking met cepheïden.

Types en lichtkrommen

• RRab: de meest voorkomende groep. Fundamentele modus pulsatie, asymmetrische lichtkromme met snelle stijging en tragere daling, periodes typisch 0,4–0,8 dag, grotere amplitudes.
• RRc: pulsatie in de eerste harmonische (eerste overtone), meer sinusoïdale lichtkrommen, kortere periodes (~0,2–0,5 dag) en kleinere amplitudes.
• RRd: dubbele modus-pulsatoren die zowel fundamentele als eerste overtone gelijktijdig vertonen.
• Blazhko-effect: bij een aanzienlijk aantal RRab-sterren wordt een langzamere modulatie van amplitude en/of fase waargenomen (periode van tientallen tot honderden dagen), een fenomeen waarvoor meerdere verklaringen zijn voorgesteld maar dat nog niet volledig is begrepen.

Gebruik als standaardkaars

Door hun voorspelbare relatie tussen helderheid (absolute magnitude), periode en metaalkracht (metalliciteit) kunnen RR-Lier-sterren als afstandsindicatoren worden gebruikt, vooral binnen de Melkweg en voor nabije satellietstelsels. De period-luminosity-relatie is in het optische bandbreedtezwakker dan bij cepheïden, maar in het infrarood en wanneer de metalliciteit wordt meegenomen (period-luminosity-metallicity-relatie) functioneren RR-Lier-sterren als betrouwbare afstandsstandaarden voor relatief korte en middellange afstanden.

Methodes om hun absolute magnitude te kalibreren omvatten directe parallaxmetingen (bijv. door de Hubble-ruimtetelescoop en door Gaia), de Baade–Wesselink-methode (combinatie van spectroscopische en fotometrische metingen), en metingen in bolvormige sterrenhopen waarvan de afstand op andere manieren is vastgesteld. RR-Lier-sterren worden veel gebruikt in studies van bolvormige sterrenhoop populaties en om de structurele eigenschappen van de halo van de Melkweg te bestuderen.

Historie en afstand van de prototype

De exacte afstand van de prototype-ster RR Lyrae zelf bleef lange tijd onderwerp van discussie. In 2002 werden metingen met de Hubble-ruimtetelescoop gebruikt om de afstand te bepalen tot binnen een foutmarge van ongeveer 5%, met een resultaat van circa 854 lichtjaren (262 parsecs). In combinatie met metingen van de Hipparcos-satelliet en andere bronnen komt een veelgebruikte afstandsschatting uit op ongeveer 860 ly (260 pc).

Wetenschappelijke relevantie

RR-Lier-sterren zijn van groot belang in de sterrenkunde omdat zij:

• als relatief heldere en talrijke standaardkaarsen een rol spelen bij het bepalen van afstanden in de lokale groep;
• inzichten geven in de evolutie van lage-massa sterren, met name het gedrag tijdens en na de rode-reusfase en op de horizontale tak;
• informatie leveren over de samenstelling (metalliciteit) en de ouderdom van oude sterpopulaties en bolvormige sterrenhopen;
• hun variatie-eigenschappen en modulaties (zoals het Blazhko-effect) interessante testgevallen bieden voor de theorie van sterpulsaties.

Samengevat zijn RR Lyrae-sterren compacte, oude heliumbrandende sterren met korte pulsatieperiodes en voorspelbare eigenschappen die ze tot nuttige hulpmiddelen maken voor veel gebieden van de observationele en theoretische sterrenkunde.

Vragen en antwoorden

V: Wat voor type ster is RR Lyrae?

V: Hoe lang duurt het voordat RR Lyrae pulseert?

V: Wat is de straal van RR Lyrae vergeleken met die van de zon?

V: Waar worden sterren zoals RR Lyrae gewoonlijk gevonden?

V: Wat voor type en massa hebben deze sterren?

V: Hoe zijn ze te vergelijken met cepheïden?

V: Hoe werd hun afstand in 2002 bepaald?

Zoek op letter