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 je 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 - na čelu s Tarek Hassan iz DESY-a i Michaelom Danielom iz Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO) - izvještava u časopisu Nature Astronomy.

Kako je većina zvijezda predaleko da bi ih se riješilo čak i najboljim optičkim teleskopom, 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 sve do kutnih promjera od oko miljarkunde - otprilike prividne veličine novčića od dva centa na Eiffelovom tornju u Parizu, 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 čerenkovske teleskope - instrumente koji normalno paze na izuzetno kratak i slab plavkast sjaj koji visokoenergetske čestice i gama zrake stvaraju dok prolaze kroz Zemljinu atmosferu.

Cherenkov teleskopi možda ne daju 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 uzorak zvijezde TYC 5517–227–1, dok je 22. veljače 2018. okrznuo asteroid 60 km. ,

S teleskopima VERITAS koji je timu omogućio snimanje 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 dvosmislena - 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.

Drugi skup mjerenja rezultirao je mjerenjem koje pokazuje kutnu veličinu od 0,094 miljarke 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 grupe 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 poboljšanje nesigurnosti u njihovim mjerenjima: „Očekujemo da se to može značajno poboljšati optimizacijom postavljanja, na primjer, suženjem valne duljine zabilježenih boja. Budući da se različite valne duljine različito razlikuju, obrazac se razmazuje ako se istovremeno 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 znači i produženje 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