Използване на астероиди за измерване на размера на далечни звезди

Сенките, хвърлени от астероидите, формират основата на вълнуващ нов метод, който позволява на астрономите да определят размера на далечните звезди

Когато астероид премине пред звезда, получената дифракционна схема (тук силно преувеличена) може да разкрие ъгловият размер на звездата (DESY, Lucid Berlin)

Уникалните възможности на телескопите, предназначени за откриване на космически гама лъчи, са били използвани от учените за измерване на най-малкия видим размер на звезда на нощното небе до момента.

Измерванията - направени със система за телескоп с много енергийно излъчване (VERITAS) - разкриват диаметрите на гигантска звезда на разстояние от 2674 светлинни години и на слънчева звезда на разстояние 700 светлинни години.

Проучването установява вълнуващ нов метод за астрономите да определят размера на звездите, международният екип - ръководен от Тарек Хасан от DESY и Майкъл Даниел от Смитсоновската астрофизична обсерватория (SAO) - съобщават в списанието Nature Astronomy.

Тъй като повечето звезди са твърде далече, за да бъдат разрешени дори от най-добрите оптични телескопи, екипът използва оптичен феномен, наречен дифракция, за да измери диаметъра на звездата.

Този ефект използва вълновата природа на светлината, която може да се види, когато обект, като астероид, преминава пред звезда.

Хасан обяснява: „Невероятно слабите сенки на астероидите преминават над нас всеки ден. Но ръбът на сянката им не е идеално остър. Вместо това бръчките от светлина обграждат централната сянка, като водни пулсации. “

Този оптичен феномен е известен като дифракционен модел, възпроизведен в училищните лаборатории по целия свят, просто чрез насочване на лазер към остър ръб. Формата на получения модел може да разкрие ъгловия размер на източника на светлина. Въпреки това, различен от училищната лаборатория, дифракционният модел на звезда, окупиран от астероид, е много труден за измерване.

Даниел продължава: „Тези астероидни окупации са трудно предвидими. И единственият шанс да се хване на дифракционния модел е да се правят много бързи снимки, когато сянката преминава през телескопа. "

Астрономите са използвали подобна техника на тази преди, измервайки ъгловия размер на звездите, окупирани от Луната. Този метод работи точно до ъглови диаметри от около една милиарсекунда - приблизително привидният размер на двуцентов монета над Айфеловата кула в Париж, както се вижда от Ню Йорк.

Въпреки това, не много звезди на небето имат този привиден размер.

Така че, за да разреши още по-малки ъглови диаметри, екипът използва Черенков телескопи - инструменти, които обикновено наблюдават изключително късото и слабо синкаво сияние, което високоенергийните частици и гама лъчи създават, когато преминават през земната атмосфера.

Телескопите на Черенков може да не дават най-добрите оптични изображения, но благодарение на огромната си огледална повърхност - сегментирана по подобен начин на окото на насекомото - те са изключително чувствителни към бързите вариации на светлината. Това включва звездна светлина.

Телескопи VERITAS (Чикагски университет)

Използвайки четирите големи телескопа VERITAS в обсерваторията „Фред Лоурънс Уипъл“ в Аризона, екипът може ясно да открие модела на дифракция на звездата TYC 5517–227–1, която минава, тъй като беше окупирана от 60-километровия астероид Импринета на 22 февруари 2018 г. ,

С телескопите VERITAS, позволяващи на екипа да прави 300 снимки всяка секунда, те успяха да реконструират профила на яркостта на дифракционния модел с висока точност. Това доведе до ъглов или привиден диаметър на звездата от 0,125 милиарксекунди. Заедно с разстоянието му от 2674 светлинни години - което означава, че истинският диаметър на звездата е единадесет пъти по-голям от този на нашето Слънце.

Това позволи на астрономите да каталогизират звездата - чийто клас до този момент беше двусмислен - като червена гигантска звезда.

Изследователите повториха подвига три месеца по-късно на 22 май 2018 г., когато астероидът Пенелопа с диаметър 88 километра окупира звездата TYC 278–748–1.

Този втори набор от измервания, в резултат на който измерването показва ъглов размер от 0.094 милиарксекунди и истински диаметър 2.17 пъти по-голям от този на нашето слънце. По този повод екипът успя да сравни диаметъра с по-ранна оценка въз основа на други характеристики - което постави диаметъра му на 2,173 пъти повече от слънчевия диаметър. Така двата набора от измервания се потвърдиха взаимно до внушителна степен - въпреки че по-ранната оценка не се основаваше на директното измерване.

Даниел продължава: „Това е най-малкият ъглов размер на звезда, измерена директно.

„Профилирането на астероидни окупации на звезди с телескопи Черенков дава десет пъти по-добра резолюция от стандартния метод за лунна окултация. Освен това той е поне два пъти по-остър от наличните интерферометрични измервания на размера. "

Даниел посочва, че следващата стъпка за екипа е да подобри несигурността в техните измервания: „Очакваме това да бъде значително подобрено чрез оптимизиране на настройката, например намаляване на дължината на вълната на записаните цветове. Тъй като различните дължини на вълната се различават по различен начин, моделът се размазва, ако се запишат твърде много цветове едновременно. "

Учените смятат, че подходящите телескопи биха могли да виждат повече от една астероидна окултация на седмица. Хасан обобщава: „Нашето пилотно проучване установява нов метод за определяне на истинския диаметър на звездите. Тъй като една и съща звезда изглежда по-малка колкото по-далече е, преместването към по-малки ъглови диаметри означава също разширяване на обхвата на наблюдение

„Смятаме, че нашият метод може да анализира звезди до десет пъти по-далеч от стандартния метод на лунна окултация. Като цяло, техниката може да предостави достатъчно данни за проучвания на популацията. "

Оригинално изследване: Nature Astronomy, 2019; DOI: 10.1038 / s41550–019–0741-z