Preprosto, a hkrati elegantna metoda merjenja površinske teže zvezde je pravkar odkrita. Ta nova tehnika, ki jo je razvila ekipa astronomov in jo je vodil profesor fizike in astronomije Vanderbilt, Keivan Stassun, meri "utripanje" zvezde.
Z negotovostjo, ki sega od 50 do 200 odstotkov, so astronomi želeli izkoristiti nov način merjenja površinske teže zvezde, ki bo izenačil igralno polje. Z izboljšanimi številkami za najrazličnejše zvezde na različnih razdaljah bi lahko tej novi metodi zmanjšali vrednost negotovosti na polovico.
"Ko spoznate površinsko gravitacijo zvezde, potem potrebujete le še eno meritev, njeno temperaturo, ki je dokaj enostavna za določitev njene mase, velikosti in drugih pomembnih fizičnih lastnosti," je dejal Stassun.
"Dobro merjenje zvezdnih površinskih gravitacij je bilo vedno težaven posel," je dodal Gibor Basri, profesor astronomije na kalifornijski univerzi Berkeley, ki je prispeval k študiji. "Zato je zelo prijetno presenečenje, ko ugotovimo, da subtilno utripanje zvezde zvezde omogoča razmeroma enostaven način."
Kako se trenutno ukvarjamo z merjenjem površinske gravitacije zvezd? Do zdaj so se astronomi opirali na tri metode: fotometrično, spektroskopsko in asteroseizmično. Ta nov način merjenja, znan kot "metoda trepetanja", je veliko bolj poenostavljen kot prejšnji in je dejansko natančnejši od dveh. Oglejmo si vse tri trenutno sprejete metode ...
Pri fotometriji je treba pogledati, kako močno sija zvezda v različnih barvah. Tako kot v grafu tudi ti vzorci razkrivajo kemično sestavo, temperaturo in površinsko težo. Fotometrične podatke je mogoče uporabiti na šibkih zvezdah, ki jih je enostavno opaziti, vendar niso zelo natančni. Obsega z negotovostjo od 90 do 150 odstotkov. Podobno kot fotometrična opazovanja, spektroskopska tehnika preučuje barvo, vendar bistveno natančneje pogleda elementarne emisije zvezdne atmosfere. Čeprav ima nižjo stopnjo negotovosti od 25 do 50 odstotkov, je omejena na svetlejše zvezde. Tako kot črtna koda meri površinsko gravitacijo glede na to, kako široke so spektralne črte: velika gravitacija se razprostira, nižja gravitacija pa je ozka. V asteroseizmologiji se natančnost izostri na le nekaj odstotkov, vendar je meritve težko pridobiti in so omejene na svetle, bližnje zvezde. V tej tehniki se meri zvok, ki potuje po zvezdni notranjosti in natančno določijo frekvence, povezane s površinsko gravitacijo. Velikanske zvezde naravno pulzirajo pri nizki toni, majhne pa odmevajo na višje. Predstavljajte si gong velikega zvona v nasprotju z zvoncem majhnega.
Torej, kaj je trepetanje? Pri metodi trepetanja se merijo razlike v svetlosti zvezde - natančneje spremembe, ki se pojavijo v osmih ali manj urah. Zdi se, da so te spremembe vezane na površinsko granulacijo, medsebojno povezanost "celic", ki pokrivajo zvezdno površino. Te regije tvorijo stebri plina, ki se dvigajo od spodaj. Pri zvezdah z visoko površinsko gravitacijo se zdi, da je granulacija lepša in hitreje utripajo, medtem ko zvezde z nizko površinsko gravitacijo prikazujejo grobo granulacijo in počasi utripajo. Snemanje utripanja je preprost postopek, ki vključuje samo pet vrstic računalniške kode za ustvarjanje osnovne meritve. Zahvaljujoč svoji enostavnosti in preprostosti ne zmanjšuje samo stroškov pridobivanja podatkov, temveč tudi odpravi veliko truda, potrebnega za merjenje površinske teže velikega števila zvezd.
„Spektroskopske metode so kot operacija. Analiza je natančna, vključena in zelo drobnozrnata, "je dejal Stassun. "Flicker je bolj kot ultrazvok. Sondo samo poženete po površini in vidite, kaj morate videti. Toda njegova diagnostična moč - vsaj za merjenje gravitacije - je dobra, če ne celo boljša. "
Ali je metoda utripanja natančna? Z meritvami ob asteroseizmologiji so raziskovalci ugotovili, da ima faktor negotovosti manjši od 25 odstotkov - boljši od spektroskopskih in fotometričnih rezultatov. Njegova edina slaba lastnost je, da zahteva zahtevne podatke, odvzete v daljših časovnih obdobjih. Vendar pa je posebni instrument, Kepler, že dal veliko informacij, ki jih je mogoče reciklirati. Zahvaljujoč svojim več deset tisoč opazovanjem zvezd, ki jih spremljajo eksoplaneti, so podatki Keplerja na voljo za prihodnje preglede flikerjev.
"Izjemna natančnost podatkov iz Keplerja nam omogoča spremljanje vijuganja in valovanja na površinah zvezd," je dejal član ekipe Joshua Pepper, docent za fiziko na univerzi Lehigh. "To vedenje povzroči nežne spremembe svetlosti zvezde v časovni lestvici nekaj ur in nam zelo podrobno pove, kako daleč so te zvezde v njihovem evolucijskem življenju."
Le kako so odkrili utripanje? Študentka Fabienne Bastien je prva med uporabo posebne programske opreme za vizualizacijo za pregled Keplerjevih podatkov opazila nekaj malce drugačnega. Ta programska oprema, ki so jo razvili astronomi Vanderbilt, je bila prvotno namenjena preiskovanju velikih, večdimenzionalnih nizov astronomije. (Orodje za vizualizacijo podatkov, ki je omogočilo to odkritje, imenovano Filtergraph, je brezplačno za javnost.)
"Načrtoval sem različne parametre in iskal nekaj, kar bi ustrezalo jakosti magnetnih polj zvezd," je dejal Bastien. "Nisem ga našel, vendar sem našel zanimivo povezavo med določenimi vzorci utripanja in gravitacijo zvezde."
Bastien je nato svoje odkritje prijavila Stassunu. Enako radoveden se je par odločil preizkusiti novo metodo na arhiviranih Keplerjevih svetlobnih krivuljah nekaj sto soncem podobnih zvezd. Glede na objavo novic, ko so preslikali povprečno svetlost katere koli določene zvezde glede na njeno utripanje, so opazili vzorec. »Z zvezdami se njihova celotna variacija postopoma zmanjšuje na minimum. To je enostavno razumeti, saj se hitrost vrtenja zvezde sčasoma zmanjšuje. Ko se zvezde približajo temu minimumu, začne njihovo utripanje naraščati v zapletenosti - značilnost, ki so jo astronomi označili za »prasketanje«. Ko dosežejo to točko, ki ji pravijo utripajoča tla, se zdi, da zvezde ohranjajo to nizko stopnjo spremenljivosti do konca svojega življenja, čeprav se zdi, da spet raste, ko se zvezde bližajo koncu svojega življenja kot zvezde rdečih velikanov . "
"To je zanimiv nov način pogleda na zvezdno evolucijo in način, kako bodočo evolucijo našega Sonca spraviti v večjo perspektivo," je dejal Stassun.
Kakšna je torej prihodnost našega Sonca? Ko so raziskovalci vzorčili sončno krivuljo, so ugotovili, da "lebdi tik nad drsnim dnom". Zaradi te meritve se domneva, da se bo Sol preoblikoval v "stanje minimalne spremenljivosti in bo tako izgubil svoje mesto." Ali je to razlog, da med trenutnim maksimalnim sončnim časom ne vidimo toliko dejavnosti, kot je bilo pričakovano, ali je to le nova teorija, kjer je še prezgodaj, da bi lahko predpostavljali kakršne koli predpostavke? Poklicali bomo vaš flicker in vam dvignili dve piki ...
Izvirni vir zgodbe: Vanderbilt News Release.
