Nasze rozumienie wszechświata i Drogi Mlecznej zbudowane jest na gmachu pojedynczych elementów wiedzy, które są ze sobą powiązane. Ale każdy z tych elementów jest tak dokładny. Im dokładniejszy możemy uczynić jeden z elementów wiedzy, tym dokładniejsze jest nasze rozumienie całości.
Wiek gwiazd jest jednym z takich kawałków. Przez lata astronomowie stosowali metodę określania wieku gwiazd z marginesem błędu od 10% do 20%. Teraz zespół naukowców z Embry-Riddle Aeronautical University opracował nową technikę określania wieku gwiazd z marginesem błędu wynoszącym tylko 3% do 5%.
Obecne techniki datowania gwiazd polegają na obserwowaniu gwiazd w głównej sekwencji, która jest dla gwiazd podobna do dorosłych. Technika ta przygląda się gwiazdom, które zaczęły „umierać”, co w tym przypadku oznacza, że wyczerpują się wodór. Co więcej, naukowcy zwykle mogą określić wiek gwiazdy tylko poprzez określenie wieku populacji, której są częścią. Znają wiek niektórych gwiazd, ale przede wszystkim wiek gromad gwiazd, a nie same gwiazdy.
Przyczyny tego są dość złożone, ale nasze techniki datowania gwiazd doprowadziły do dziwnych, raczej niemożliwie oczywistych wniosków, takich jak znalezienie gromad gwiazdowych w Drodze Mlecznej, które są starsze niż sama Droga Mleczna.
Technika opracowana przez zespół z Embry-Riddle, kierowana przez profesora fizyki i astronomii dr Teda von Hippela, opiera się na pomiarach białych karłów, a nie na gwiazdach o głównej sekwencji. Białe karły to pozostałości gwiazd, które opuściły główną sekwencję po wyczerpaniu się paliwa. Nasze własne Słońce zakończy swoje życie jako biały karzeł.
Nowa technika mierzy masę, temperaturę powierzchni oraz to, czy w jej atmosferze występuje wodór czy hel.
„… Wiedza o tym, czy na powierzchni znajduje się wodór czy hel, jest ważna, ponieważ hel emituje ciepło z dala od gwiazdy łatwiej niż wodór”.
Dr Ted von Hippel, profesor fizyki i astronomii, Embry-Riddle University.
„Masa gwiazdy ma znaczenie, ponieważ obiekty o większej masie mają więcej energii i dłużej się ochładzają”, powiedział von Hippel, dyrektor obserwatorium Departamentu Nauk Fizycznych Embry-Riddle'a i 1,0-metrowy teleskop Ritchey-Chretien. „Dlatego filiżanka kawy pozostaje gorąca dłużej niż łyżeczka kawy. Temperatura powierzchni, podobnie jak zużyte węgle w wygasłym ognisku, dają wskazówki, jak dawno zginął pożar. W końcu wiedza, czy na powierzchni jest wodór, czy hel, jest ważna, ponieważ hel emituje ciepło z dala od gwiazdy łatwiej niż wodór. ”
Masa gwiazdy jest nadal kluczem do określenia jej wieku i nadal jest trudna, szczególnie w przypadku dużych populacji białych karłów. Ale dzięki satelicie Gaia jest coraz łatwiej.
Nowa metoda profesora von Hippela wykorzystuje dane dostarczone przez misję Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej. Gaia tworzy mapę 3D Drogi Mlecznej, mierząc prędkość pozycyjną i promieniową około 1 miliarda gwiazd w Drodze Mlecznej i w Grupie Lokalnej. Gaia z niezwykłą dokładnością mierzy odległości między gwiazdami i właśnie z tego skorzystał zespół von Hippela.
Gaia była w stanie zmierzyć odległości gwiazd z wielką dokładnością, a von Hippel i jego zespół wykorzystali tę dokładność do ustalenia promienia gwiazd na podstawie ich jasności. Następnie wykorzystali istniejące informacje o stosunku masy do promienia gwiazdy, aby określić masę, brakujący składnik w określeniu wieku gwiazdy.
Ostatnim akcentem, który pomaga nadać nowej technice precyzję, jest określenie metaliczności gwiazdy. Metaliczność odnosi się do obfitości różnych pierwiastków chemicznych w gwieździe. Ta informacja pozwala im udoskonalić wiek gwiazdy.
Na ostatnim spotkaniu American Astronomical Society członkowie zespołu von Hippela zaprezentowali dwa plakaty na temat swojej pracy. Pierwszy skupiał się na podwójnej parze gwiazd z jednym białym karłem i jedną gwiazdą o głównej sekwencji. Drugi koncentrował się na dwójkowej parze białych karłów.
„Kolejnym poziomem badań będzie określenie jak największej liczby pierwiastków w układzie okresowym pierwiastkowej gwiazdy głównej w tych parach.”
Dr Ted von Hippel, profesor fizyki i astronomii, Embry-Riddle University.
„Kolejnym poziomem badań będzie określenie jak największej liczby pierwiastków w układzie okresowym pierwiastkowej gwiazdy głównej w tych parach”, powiedział von Hippel. „To powiedziałoby nam więcej o galaktycznej ewolucji chemicznej, w oparciu o to, jak różne pierwiastki narastały w czasie, gdy gwiazdy formowały się w naszej galaktyce, Drodze Mlecznej.”
Von Hippel mówi, że metoda ta jest wciąż rozwijana i można ją jeszcze rozważyć w jej wstępnej fazie. Ale ma wiele obietnic, a zespół ma nadzieję, że w końcu nauczą się wieku wszystkich białych karłów w zbiorze danych Gaia. „To może pozwolić badaczom znacznie pogłębić nasze rozumienie formowania się gwiazd w Drodze Mlecznej” - powiedział von Hippel.
Von Hippel odnotował porównanie dziedziny archeologii z dziedziną astrofizyki. W archeologii używamy datowania węglowego do określania wieku wszelkiego rodzaju obiektów: narzędzi, struktur, skamielin, miejsc z epoki kamienia. Wieki rzeczy pozwalają nam zrozumieć oś czasu wydarzeń na Ziemi. To samo dotyczy Wszechświata.
„Dla dzisiejszych astronomów, nie znając wieku różnych elementów naszej galaktyki, nie mamy kontekstu. Mieliśmy techniki datowania obiektów niebieskich, ale nie dokładnie ”.
