Fotometria con MaxIm DL
Analisi fotometrica di stelle variabili

Le stelle variabili sono stelle che, per una qualche ragione, mutano la loro luminosità nel tempo. La prima stella identificata come variabile è stata Omicron Ceti conosciuta anche col nome proprio di Mira, nella costellazione della Balena. Questa stella venne scoperta nel 1596 da David Fabricius. Il suo scopritore pensò si trattasse di una nova e difatti sparì poco dopo dal cielo. Nel 1603 riapparve però e venne inserita nel catalogo di Johann Bayer. Presto ci si rese conto che questa stella mutava la sua luminosità dalla seconda magnitudine (e quindi ben visibile ad occhio nudo) alla decima (visibile solo al telescopio) in un periodo di circa 332 giorni. I motivi per cui alcune stelle variano la loro luminosità possono essere diversi. Vi sono stelle che variano per motivi legati alla propria struttura, mentre altre sono variabili ad eclisse, ovvero stelle doppie che possono eclissarsi a vicenda. Vi sono poi le variabili cataclismiche, tra cui le stelle novae, che mostrano un improvviso aumento della luminosità anche molto intenso e che non hanno di solito carattere periodico ma episodico. Una particolare classe di stelle variabili è quella delle cefeidi che deve il suo nome a Delta Cephei, la prima ad essere stata scoperta. Queste stelle hanno la caratteristica di avere il periodo di variabilità correlato in modo definito con la luminosità intrinseca (magnitudine assoluta). Misurando quindi il periodo di una variabile cefeide e la sua magnitudine si può stabilire con una buona precisione la distanza di questa stella da noi. Fu proprio studiando alcune cefeidi nella Grande Galassia di Andromeda, ad esempio, che Edwin Hubble nel 1923 poté stabilirne la distanza.

A livello amatoriale è possibile ottenere un grafico della variabilità della luminosità di una stella esaminando una serie di immagini CCD riprese a distanza di tempo. La luminosità della stella indagata viene confrontata con quella di alcune stelle campione scelte nello stesso campo inquadrato. Questi grafici, o curve di luce, consentono di misurare o verificare i tempi di variabilità delle stelle per cercare di scoprirne la natura.

AAVSO - AMERICAN ASSOCIATION OF VARIABLE STAR OBSERVERS

L'AAVSO, l'associazione americana degli osservatori di stelle variabili, è il più importante gruppo di astrofili che si occupa di osservazione delle stelle variabili a livello amatoriale. I dati raccolti da questa associazione vengono utilizzati dagli astronomi professionisti di tutto il mondo per le loro ricerche. Il sito dell'AAVSO è raggiungibile a questo indirizzo:
https://www.aavso.org/

In questo sito possono essere reperite numerosissime informazioni sull'osservazione e lo studio delle stelle variabili e vi si trovano diversi strumenti utili a pianificare le osservazioni e a raccogliere i dati. Per utilizzare i servizi messi a disposizione dall'AAVSO è necessario iscriversi come osservatore compilando il formulario di questa pagina:
https://www.aavso.org/apps/register/

Una volta registrati come osservatori presso l'AAVSO si otterrà un codice identificativo e si potrà accedere alle varie sezioni del sito. Un buon punto di partenza per decidere quali stelle variabili osservare è la pagina con le campagne osservative, che raccoglie le richieste di osservazioni specifiche fatte dagli astronomi agli astrofili:
https://www.aavso.org/observing-campaigns/

Un altra pagina interessante è quella che raccoglie le Alert Notice dell'AAVSO con gli oggetti interessanti del momento:
https://www.aavso.org/alert-notice-archive/

Una volta identificate le stelle variabili che intendiamo osservare è possibile generare per ognuna di esse una mappa della zona del cielo che la circonda utilizzando il formulario di questa pagina:
https://www.aavso.org/apps/vsp/

Nella mappa, oltre alla posizione della variabile d'interesse, sono indicate le magnitudini di diverse stelle di luminosità fissa nel campo che possono essere usate come riferimento per la fotometria. Ad esempio questa è la mappa che ho ottenuto per la stella V0523 Cas:

In questa mappa la stella variabile che intendiamo osservare si trova al centro, mentre i numeri posti accanto ad alcune altre stelle indicano i decimi di magnitudine (ad esempio 117 significa che la stella in questione ha una magnitudine V pari a 11.7). Per ottenere una tabella con le magnitudini più accurate necessarie alle osservazioni CCD andrà seguito il link Photometry Table for This Chart sulla pagina della mappa:

Il codice della sequenza che appare in grassetto in questa pagina (in questo esempio X16915UD) sarà importante in seguito per inviare le osservazioni all'AAVSO.

ACQUISIZIONE DELLE IMMAGINI

L'acquisizione delle immagini della variabile va effettuata con con un tempo di posa adatto ad ottenere un buon rapporto segnale/rumore senza che la stella sia saturata. Se si utilizza un sensore dalla risposta non lineare (tipicamente i sensori dotati di antiblooming non hanno una risposta lineare) è bene che il tempo di posa faccia arrivare la variabile a poco meno del 50% del valore di saturazione del sensore in ADU. L'immagine può essere acquisita senza filtri o, meglio ancora, con filtri fotometrici. Vanno riprese diverse immagini della variabile per poterne misurare la variazione di luminosità nel corso della notte o di più notti. Tutte le immagini acquisite devono essere calibrate con Bias, Dark e Flat.

ANALISI DELLE IMMAGINI CON MAXIM DL

Il programma MaxIm DL permette in modo semplice e veloce l'analisi delle immagini in modo da misurare la luminosità delle stelle variabili, calcolarne la magnitudine, ottenerne la curva di luce e preparare i dati nel formato accettato dall'AAVSO. Dal menu Analyze si deve scegliere la voce Photometry... che farà aprire l'omonima finestra. Nella sezione Select è possibile aggiungere le immagini che si vogliono analizzare, ad esempio scegliendo Add Folder... e selezionando la cartella che le contiene. Se si spunta la casella Auto Calibrate verranno automaticamente applicati Bias, Dark e Flat impostati in MaxIm DL.

Quando nell'elenco sulla sinistra della finestra Photometry si seleziona un'immagine questa viene mostrata. In questo modo è possibile escludere dall'analisi eventuali immagini non riuscite in modo corretto. È anche possibile effettuare una selezione automatica in base ad alcuni parametri nella sezione Quality. Nella sezione Match è possibile allineare tra loro le immagini; per farlo bisogna scegliere una modalità (in genere Auto - Star Matching va bene), selezionare nell'elenco a sinistra la cartella contenente le immagini da allineare ed avviare l'analisi cliccando su Compute. Una volta allineate le immagini si deve passare alla sezione Identify, scegliere in Tag Mode la voce New Object e cliccare sulla stella variabile da esaminare aiutandosi per l'identificazione con la mappa scaricata dall'AAVSO. Nella colonna ID va inserito il nome della variabile, "V0523 Cas" in questo caso. A questo punto in Tag Mode si deve scegliere la voce New Ref Star e selezionare una stella di luminosità nota avvalendosi sempre della mappa come riferimanto. La magnitudine della stella scelta andrà inserita nella colonna Mag mentre il suo ID nella colonna ID (la magnitudine e l'ID delle stelle di riferimento si può ricavare dalla Photometry Table dell'AAVSO). Da ultima andrà scelta una stella di controllo, scegliendo in Tag Mode la voce New Check Star ed inserendo l'ID nella relativa colonna.

Ora è possibile passare alla sezione Graph dove apparirà il grafico con la curva di luce. Se tra le immagini se ne identificano alcune i cui valori sono evidentemente falsati sarà possibile disabilitarle evitando così di esportare dati imprecisi.

Quandi si sarà soddisfatti sarà possibile generare il file di report per l'AAVSO cliccando sul triangolo in basso e selezionando la voce Save AAVSO... dal menu a tendina. Nella finestra successiva bisognerà scegliere dove salvare il report sul proprio PC e si dovranno inserire alcune informazioni supplementari: nella casella Observer Code andrà inserito il codice di osservatore che vi è stato assegnato all'iscrizione all'AAVSO, mentre nella casella Chart ID si dovrà inserire il codice della sequenza che si trova evidenziato nella tabella fotometrica generata dal sito dell'AAVSO per la nostra osservazione (come spiegato in precedenza. Se avete generato più sequenze della stessa variabile, ad esempio con filtri diversi, dovrete identificare i gruppi nella casella Group, in caso contrario lasciate l'indicazione na.

INVIO DEI DATI

Il file con i dati dell'osservazione della variabile che è stato generato andrà inviato all'AAVSO collegandosi, dopo aver effettuato il login, all'indirizzo:
https://www.aavso.org/webobs/file/