Właśnie odkryto prostą, ale elegancką metodę pomiaru grawitacji powierzchni gwiazdy. Opracowana przez zespół astronomów pod kierownictwem profesora fizyki i astronomii Vanderbilta Keivana Stassuna, ta nowa technika mierzy „migotanie” gwiazdy.
Przy niepewności wynoszącej od 50 do 200 procent astronomowie chętnie sięgają po nowy sposób pomiaru grawitacji powierzchniowej gwiazdy, który wyrównuje pole gry. Dzięki uzyskaniu ulepszonych danych dla wielu różnych gwiazd o różnych odległościach, ta nowa metoda może być w stanie zmniejszyć liczbę niepewności o połowę.
„Gdy poznasz grawitację powierzchniową gwiazdy, potrzebujesz tylko jednego pomiaru, jej temperatury, która jest dość łatwa do uzyskania, aby określić jej masę, rozmiar i inne ważne właściwości fizyczne”, powiedział Stassun.
„Dobrze mierzenie grawitacji powierzchni gwiazd zawsze było trudnym przedsięwzięciem” - dodał Gibor Basri, profesor astronomii na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley, który przyczynił się do badania. „Dlatego bardzo miłą niespodzianką jest stwierdzenie, że subtelne migotanie światła gwiazdy zapewnia stosunkowo łatwy sposób”.
Jak obecnie zajmujemy się pomiarem grawitacji powierzchni gwiazd? Do tej pory astronomowie polegali na trzech metodach: fotometrycznej, spektroskopowej i asterosejsmicznej. Ten nowy sposób pomiaru, znany jako „metoda migotania”, jest znacznie prostszy niż poprzednie sposoby i jest dokładniejszy niż dwa z nich. Rzućmy okiem na wszystkie trzy obecnie akceptowane metody…
W przypadku fotometrii patrzy się, jak jasno gwiazda świeci w różnych kolorach. Wzory te, podobnie jak wykres, pokazują skład chemiczny, temperaturę i grawitację powierzchni. Dane fotometryczne, które można stosować do słabych gwiazd, są łatwe do zaobserwowania, ale nie są bardzo dokładne. Zakres wahań wynosi od 90 do 150 procent. Podobnie jak w przypadku obserwacji fotometrycznych, technika spektroskopowa przygląda się kolorowi, ale znacznie bliżej przygląda się elementarnej emisji atmosfery gwiazdowej. Chociaż ma niższy wskaźnik niepewności od 25 do 50 procent, jest ograniczony do jaśniejszych gwiazd. Podobnie jak kod kreskowy, mierzy grawitację powierzchni na podstawie szerokości linii widmowych: wysoka grawitacja jest rozłożona, a mniejsza grawitacja jest wąska. W asterosejsmologii dokładność wyostrza się do zaledwie kilku procent, ale pomiary są trudne do uzyskania i ograniczają się do jasnych pobliskich gwiazd. W tej technice mierzony jest dźwięk przemieszczający się przez gwiezdne wnętrze i określone częstotliwości powiązane z grawitacją powierzchniową. Olbrzymie gwiazdy naturalnie pulsują na niskim skoku, podczas gdy małe gwiazdy odbijają się echem na wyższym. Wyobraź sobie gong dużego dzwonu w przeciwieństwie do brzęczenia małego dzwonu.
Czym jest migotanie? W metodzie migotania mierzy się różnice jasności gwiazdy - w szczególności zmiany występujące w ciągu ośmiu lub mniej godzin. Wydaje się, że zmiany te są związane z granulacją powierzchni, wzajemnym połączeniem „komórek” pokrywających powierzchnię gwiezdną. Regiony te tworzą kolumny gazu unoszące się od dołu. W przypadku gwiazd o wysokiej grawitacji powierzchniowej granulacja wydaje się być drobniejsza i migoczą szybciej, podczas gdy gwiazdy o niskiej grawitacji powierzchniowej wykazują ziarnistość zgrubną i migoczą powoli. Nagrywanie migotania jest prostym procesem, który wymaga tylko pięciu wierszy kodu komputerowego do stworzenia podstawowego pomiaru. Dzięki swojej łatwości i prostocie zmniejsza nie tylko koszt pozyskiwania danych, ale także eliminuje wiele wysiłku niezbędnego do pomiaru grawitacji powierzchniowej dużej liczby gwiazd.
„Metody spektroskopowe są jak chirurgia. Analiza jest drobiazgowa, zaangażowana i bardzo drobiazgowa - powiedział Stassun. „Migotanie bardziej przypomina ultradźwięki. Po prostu przesuwasz sondę po powierzchni i widzisz to, co musisz zobaczyć. Ale jego moc diagnostyczna - przynajmniej do celów pomiaru grawitacji - jest równie dobra, jeśli nie lepsza. ”
Czy metoda migotania jest dokładna? Umieszczając pomiary obok asterosejsmologii, naukowcy ustalili, że ma ona współczynnik niepewności mniejszy niż 25 procent - lepszy niż wyniki spektroskopowe i fotometryczne. Jego jedyną wadą jest to, że wymaga dokładnych danych pobieranych przez długi czas. Jednak specjalny instrument, Kepler, dostarczył już ogromną ilość informacji, które można poddać recyklingowi. Dzięki dziesiątkom tysięcy obserwacji gwiazd monitorowanych pod kątem egzoplanet dane Keplera są łatwo dostępne do przyszłych badań migotania.
„Wyjątkowa precyzja danych z Kepler pozwala nam monitorować ubijanie i fale na powierzchniach gwiazd”, powiedział członek zespołu Joshua Pepper, adiunkt fizyki na Uniwersytecie Lehigh. „To zachowanie powoduje subtelne zmiany jasności gwiazdy w skali czasu trwającej kilka godzin i szczegółowo mówi nam, jak daleko te gwiazdy znajdują się w ich ewolucyjnym życiu”.
Jak odkryto migotanie? Absolwentka Fabienne Bastien jako pierwsza zauważyła coś innego, używając specjalnego oprogramowania do wizualizacji do badania danych Keplera. To oprogramowanie, opracowane przez astronomów Vanderbilt, było pierwotnie przeznaczone do badania dużych, wielowymiarowych zbiorów danych astronomicznych. (Narzędzie do wizualizacji danych, które umożliwiło to odkrycie, o nazwie Filtergraph, jest ogólnodostępne).
„Rysowałem różne parametry, szukając czegoś, co koreluje z siłą pól magnetycznych gwiazd” - powiedział Bastien. „Nie znalazłem tego, ale znalazłem interesującą korelację między pewnymi wzorcami migotania a grawitacją gwiazdową”.
Bastien następnie zgłosiła swoje odkrycie Stassunowi. Równie zaciekawiona para postanowiła wypróbować nową metodę zarchiwizowanych krzywych świetlnych Keplera kilkuset gwiazd podobnych do Słońca. Według informacji prasowej, kiedy odwzorowali średnią jasność jakiejkolwiek konkretnej gwiazdy w stosunku do jej intensywności migotania, zauważyli wzór. „W miarę starzenia się gwiazd ich ogólna zmienność stopniowo spada do minimum. Jest to łatwe do zrozumienia, ponieważ szybkość, z jaką obraca się gwiazda, stopniowo maleje z czasem. Gdy gwiazdy zbliżają się do tego minimum, ich migotanie zaczyna rosnąć w złożoności - charakterystycznej dla astronomów jako „trzask”. Kiedy osiągną ten punkt, który nazywają migotliwą podłogą, gwiazdy wydają się utrzymywać ten niski poziom zmienności przez resztę życia, choć wydaje się, że znów rośnie, gdy gwiazdy zbliżają się do końca życia jako czerwone olbrzymy . ”
„Jest to interesujący nowy sposób patrzenia na ewolucję gwiazd i sposób, aby umieścić przyszłą ewolucję naszego Słońca we wspaniałej perspektywie”, powiedział Stassun.
Jaka jest przyszłość naszego Słońca według migotania? Kiedy badacze próbkowali krzywą światła Słońca, odkryli, że „unosi się tuż nad migoczącą podłogą”. Ten pomiar prowadzi ich do hipotezy, że Sol zmieni się w „stan minimalnej zmienności, a tym samym straci swoje plamy”. Czy może dlatego nie widzimy tak dużej aktywności, jak się spodziewano w obecnym maksymalnym czasie Słońca, czy też jest to tylko nowa teoria, w której jest za wcześnie, aby przyjmować jakiekolwiek założenia? Zadzwonimy do ciebie, migoczymy i podniesiemy ci dwa miejsca…
Źródło oryginalnego opowiadania: Vanderbilt News Release.
