Koristeći asteroide za mjerenje veličine udaljenih zvijezda

Sjene koje bacaju asteroidi čine osnovu uzbudljive nove metode koja astronomima omogućuje određivanje veličine udaljenih zvijezda

Kad asteroid prođe ispred zvijezde, rezultirajući difrakcijski obrazac (ovdje jako pretjeran) može otkriti kutnu veličinu zvijezde (DESY, Lucid Berlin)

Jedinstvene mogućnosti teleskopa dizajniranih za otkrivanje kozmičkih gama zraka naučnici su iskoristili za mjerenje najmanje prividne veličine zvijezde na noćnom nebu do danas.

Mjerenja - izvršena sustavom teleskopskih slika s vrlo energetskim zračenjem (VERITAS) - otkrivaju promjere divovske zvijezde udaljene 2674 svjetlosne godine i sunčeve zvijezde na udaljenosti od 700 svjetlosnih godina.

Studija uspostavlja uzbudljivu novu metodu za astronome za određivanje veličine zvijezda, međunarodni tim - koji predvode Tarek Hassan iz DESY-a i Michael Daniel iz Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO) - izvještava u časopisu Nature Astronomy.

Kako je većina zvijezda predaleko da bi ih mogli riješiti čak i najbolji optički teleskopi, tim je upotrijebio optički fenomen nazvan difrakcija za mjerenje promjera zvijezde.

Ovaj efekt koristi valnu prirodu svjetlosti koja se može vidjeti kada objekt, poput asteroida, prođe ispred neke zvijezde.

Hassan objašnjava: "Nevjerojatno slabe sjene asteroida prelaze nas svakodnevno. Ali rub njihove sjene nije savršeno oštar. Umjesto toga, svjetlosne bore okružuju središnju sjenu, poput vodenih valova. "

Ovaj optički fenomen poznat je kao difrakcijski uzorak reproduciran u školskim laboratorijima širom svijeta jednostavno ciljanjem lasera na oštri rub. Oblik dobivenog uzorka može otkriti kutnu veličinu izvora svjetlosti. Međutim, za razliku od školskog laboratorija, difrakcijski obrazac zvijezde okultiran asteroidom teško je izmjeriti.

Daniel nastavlja: „Te je okultacije asteroida teško predvidjeti. I jedina šansa za uhvatiti difrakcijski uzorak je napraviti vrlo brze snimke kad sjena pređe preko teleskopa. "

Astronomi su prije koristili sličnu tehniku, mjereći kutnu veličinu zvijezda okupiranih mjesecom. Ova metoda djeluje točno do kutnih promjera od oko jedan miliarke sekunde - otprilike prividna veličina novčanice od dva centa na Eiffelovom tornju u Parizu kao što se vidi iz New Yorka.

Međutim, nema mnogo zvijezda na nebu te prividne veličine.

Dakle, kako bi riješili još manje kutne promjere, tim je koristio Čerenkov teleskop - instrumente koji obično paze na izuzetno kratak i slab plavkast sjaj koji visokoenergetske čestice i gama zrake stvaraju dok prolaze kroz Zemljinu atmosferu.

Cherenkov teleskopi možda ne proizvode najbolje optičke slike, ali zahvaljujući ogromnoj zrcalnoj površini - segmentiranom na sličan način kao i oko insekata - izuzetno su osjetljivi na brze varijacije svjetlosti. To uključuje zvjezdanu svjetlost.

VERITAS teleskopi (Sveučilište u Chicagu)

Korištenjem četiri velika teleskopa VERITAS na Opservatoriju Fred Lawrence Whipple u Arizoni, tim je mogao jasno otkriti difrakcijski obrazac zvijezde TYC 5517–227–1 koji je prošao prije no što ga je 22. veljače 2018. zatrpao asteroid 60 km. ,

Pomoću VERITAS teleskopa koji su omogućili tim da napravi 300 snimaka svake sekunde uspjeli su s velikom preciznošću rekonstruirati profil svjetline difrakcijskog uzorka. To je rezultiralo kutnim - ili prividnim - promjerom zvijezde od 0,125 miliarke sekundi. Zajedno sa svojom udaljenošću od 2674 svjetlosne godine što znači da je pravi promjer zvijezde jedanaest puta veći od našeg sunca.

To je astronomima omogućilo da kategoriziraju zvijezdu - čija je klasa do tada bila nejasna - kao zvijezdu crvenog diva.

Istraživači su ponovili tri mjeseca kasnije 22. svibnja 2018., kada je asteroid Penelope promjera 88 kilometara okultirao zvijezdu TYC 278–748–1.

Ovaj drugi skup mjerenja rezultirao je mjerenjem koje pokazuje kutnu veličinu od 0.094 miliarke sekundi i pravi promjer 2,17 puta veći od našeg sunca. Tim je povodom tim uspio usporediti promjer s ranijom procjenom na temelju drugih karakteristika - koja je svoj promjer postavila na 2.173 puta veća od sunčevog promjera. Dakle, dvije skupine mjerenja međusobno su se potvrdile u impresivnoj mjeri - iako se ranija procjena nije temeljila na izravnom mjerenju.

Daniel nastavlja: "Ovo je najmanja ugaona veličina zvijezde koja se ikada izravno mjeri.

„Profiliranje asteroidnih okultacija zvijezda s Cherenkovim teleskopima donosi deset puta bolju rezoluciju od standardne metode lunarne okultacije. Također je najmanje dvostruko oštriji od raspoloživih mjerenja interferometrijske veličine. "

Daniel ističe da je sljedeći korak za tim poboljšavanje nesigurnosti u njihovim mjerenjima: „Očekujemo da se to može značajno poboljšati optimizacijom postavljanja, na primjer, suženjem valne duljine zabilježenih boja. Kako se različite valne duljine različito razlikuju, obrazac se razmazuje ako se istodobno zabilježi previše boja. "

Znanstvenici procjenjuju da bi prikladni teleskopi mogli vidjeti više od jedne okultacije asteroida tjedno. Hassan rezimira: „Naša pilot studija uspostavlja novu metodu za utvrđivanje pravog promjera zvijezda. Kako ista zvijezda izgleda manje što je udaljenija, pomicanje na manje kutne promjere također znači i proširenje opsega promatranja

"Procjenjujemo da naša metoda može analizirati zvijezde do deset puta dalje nego što to dopušta standardna metoda lunarne okultacije. Sve u svemu, ova tehnika može pružiti dovoljno podataka za populacijske studije. "

Izvorna studija: Priroda Astronomija, 2019; DOI: 10.1038 / s41550–019–0741-z