Kosmiczny Teleskop Roman pozwoli astronomom obserwować zmiany jasności gwiazd spowodowane falami w ich wnętrzu. Dzięki asterosejsmologii naukowcy będą mogli określić wiek, masę i rozmiar milionów gwiazd w centrum naszej Galaktyki — wszystko to jako bonus do głównych celów naukowych misji.
Co to jest asterosejsmologia?
Gwiazdy posiadają turbulentną naturę, która generuje fale głębokich zaburzeń. Fale te powodują fluktuacje w ogólnej jasności gwiazdy. Astronomowie, obserwując te zmiany, mogą wnioskować o właściwościach fizycznych ciał niebieskich. Metoda ta została już sprawdzona przez Kosmiczny Teleskop Keplera, który dostarczył danych asterosejsmologicznych dla około 16 000 gwiazd przed przejściem na emeryturę w 2018 roku.
Roman będzie jeszcze lepszy
Naukowcy wykorzystali dane Keplera i zaadaptowali je do parametrów, jakie będzie mógł osiągnąć Kosmiczny Teleskop Roman. Wyniki są obiecujące — teleskop będzie w stanie wykrywać oscylacje czerwonych olbrzymów z rozdzielczością wystarczającą do precyzyjnych pomiarów.
Asterosejsmologia z Teleskopem Roman jest możliwa, ponieważ teleskop nie musi robić nic, czego i tak nie zaplanował — wyjaśnił Marc Pinsonneault z Ohio State University, współautor badań. Siła misji Roman jest niezwykła: choć zaprojektowany do badania egzoplanet, dostarczy bogatych danych dla innych obszarów nauki, które wykraczają poza jego główny cel.
Idealny instrument do obserwacji gromady w kierunku środka Galaktyki
Centralne zgrubienie galaktyczne (galactic bulge) — centralna część naszej Drogi Mlecznej — jest gęsto zaludnione czerwonymi olbrzymami i gwiazdami z gałęzi czerwonych olbrzymów. Są one bardziej wyewoluowane i bardziej rozdęte niż gwiazdy ciągu głównego (takie jak nasze Słońce). Ich wysoka jasność i częstotliwość oscylacji (od godzin do dni) pracują na korzyść Teleskopu Roman.
W ramach Galactic Bulge Time-Domain Survey teleskop będzie obserwować zgrubienie centralne Galaktyki co 12 minut przez sześć 70,5-dniowych okresów. Ten harmonogram czyni go idealnie przystosowanym do obserwacji asterosejsmologii czerwonych olbrzymów.
Jak wiele gwiazd uda się zbadać?
Zespół przeprowadził szczegółową analizę, biorąc pod uwagę rzeczywiste możliwości Teleskopu Roman. Ich badania obejmowały dwa główne etapy:
- Analiza danych Keplera — naukowcy zastosowali parametry dostosowujące dane do oczekiwanej jakości obserwacji Teleskopu Roman, w tym zwiększenie częstotliwości obserwacji i dostosowanie zakresu długości fal światła. Obliczenia potwierdziły, że Teleskopu Roman będzie w stanie wykrywać oscylacje czerwonych olbrzymów.
- Modelowanie populacji gwiazd — zespół przeniósł prawdopodobieństwa detekcji na model Drogi Mlecznej, uwzględniając proponowane pola widzenia dla obserwacji zgrubienia.
Rezultat? Co najmniej 300 000 detektywnych obserwacji asterosejsmologicznych — największa próbka asterosejsmologiczna, jaka kiedykolwiek została zebrana.
Dolne oszacowanie wyniosło 290 000 obiektów ogółem, ze 185 000 gwiazd w zgrubienia centralnego Galaktyki — powiedział Trevor Weiss z California State University, Long Beach, współautor pracy. Teraz, gdy wiemy, że obserwacje będą odbywać się z 12-minutową kadencją, nasze liczby wzrastają do ponad 300 000 detektywnych obserwacji asterosejsmologicznych. To będzie największa próbka asterosejsmologiczna kiedykolwiek zebrana.
Poślednia korzyść: lepsze zrozumienie egzoplanet
Korzyści z asterosejsmologii z Teleskopem Roman są liczne. Szczególnie ważna jest powiązanie z nauką o egzoplanetach — głównym celem misji i obserwacji zgrubienia centralnego Galaktyki. Teleskop Roman będzie wykrywać planety pozasłoneczne metodą mikrosoczewkowania grawitacyjnego, w której grawitacja gwiazdy na pierwszym planie wzmacnia światło z gwiazdy w tle.
Dzięki danym asterosejsmologicznym będziemy mogli uzyskać wiele informacji na temat gwiazd macierzystych egzoplanet, co da nam wiele wiadomości na temat samych egzoplanet — wyjaśnił Weiss.
Asterosejsmologia może również ujawnić informacje o historii formowania się Drogi Mlecznej. Zgrubienie centralne pozostaje wielką tajemnicą dla astronomów, ponieważ obserwowanie go w świetle widzialnym jest niemożliwe ze względu na pył międzygwiazdowy. Teleskop Roman zmieni tę sytuację.
Nie wiemy zbyt wiele na temat zgrubienia centralnego naszej Galaktyki, ponieważ można je zobaczyć tylko w świetle podczerwonym ze względu na cały pył międzygwiazdowy — podkreślił Pinsonneault. Mogą tam być zaskakujące populacje albo wzorce chemiczne. A jeśli tam są młode gwiazdy? Teleskop Roman otworzy zupełnie inne okno na populacje gwiazdowe w centrum Drogi Mlecznej. Jestem gotów dać się zaskoczyć.
Kiedy Teleskop Roman wejdzie na orbitę?
Teleskop Nancy Grace Roman zaplanowany jest do wystrzelenia nie później niż w maju 2027 roku. Zespół pracuje nad potencjalnym wcześniejszym startem już jesienią 2026 roku. Naukowcy już przygotowują katalog i listę celów obserwacyjnych, które pomogą w weryfikacji wczesnego działania teleskopu.
To naprawdę ekscytujące, aby zobaczyć wszystkie możliwości, jakie Teleskop Roman otwiera dla ludzi zanim jeszcze zostanie wystrzelony, a potem pomyśleć, ile więcej możliwości będzie istnieć, gdy będzie w przestrzeni i będzie zbierać dane — podsumował Noah Downing z Ohio State University, współautor badań.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- NASA’s Roman Could Bring New Waves of Information on Galaxy’s Stars
- Modeling Asteroseismic Yields for the Roman Galactic Bulge Time-domain Survey
Źródło: NASA
Na ilustracji: Ta artystyczna koncepcja przedstawia Słońce i kilka czerwonych olbrzymów o różnych promieniach. Nadchodzący Teleskop Kosmiczny Nancy Grace Roman, należący do NASA, będzie doskonale nadawał się do badania czerwonych olbrzymów metodą znaną jako asterosejsmologia. Źródło: NASA, STScI, Ralf Crawford (STScI)
