Zespół naukowców wykorzystał asterosejsmologię do dokładnego pomiaru odległości do gwiazd. W tym celu badacze przeanalizowali tysiące gwiazd i sprawdzili pomiary wykonane podczas misji Gaia.
Większości z nas niezliczone jasne punkty na nocnym niebie wydają się być gwiazdami. Jednak w rzeczywistości niektóre z nich to planety, odległe słońca, a nawet całe galaktyki, oddalone o miliardy lat świetlnych. To, na co patrzymy, zależy od odległości od Ziemi. Właśnie dlatego pomiar dokładnej odległości do obiektów niebieskich jest dla astronomów jednym z najważniejszych wyzwań, z którymi obecnie się mierzą.
Mając to na uwadze, Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) uruchomiła misję Gaia 10 lat temu. Dane zebrane przez satelitę Gaia otwierają okno na bliski Wszechświat, zapewniając pomiary astronomiczne prawie dwóch miliardów gwiazd, takie jak położenie, odległość od Ziemi i ruch.
Zespół naukowców pod kierownictwem prof. Richarda Andersona ma na celu zmierzenie obecnej ekspansji Wszechświata i postrzega satelitę Gaia jako cenne narzędzie do osiągnięcia tego celu. Według prof. Andersona Gaia zwiększyła 10 tysięcy razy liczbę gwiazd, których paralaksy są mierzone, dzięki ogromnemu wzrostowi dokładności w porównaniu z jej poprzednikiem, misją Hipparcos. Obecnie naukowcy wykorzystują paralaksy do obliczania odległości do gwiazd. Metoda ta polega na pomiarze kątów paralaksy za pomocą satelity poprzez formę triangulacji między położeniem Gai w przestrzeni, Słońcem i daną gwiazdą. Im dalej znajduje się gwiazda, tym trudniejszy jest pomiar, ponieważ paralaksa zmniejsza się wraz ze wzrostem odległości.
Pomimo ogromnego sukcesu programu Gaia pomiary paralaksy są złożone i nadal występują niewielkie efekty systematyczne, które należy sprawdzić i skorygować, aby paralaksy Gaia osiągnęły pełny potencjał. Naukowcy z Politechniki Federalnej w Lozannie (École polytechnique fédérale de Lausanne – EPFL) i Uniwersytetu Bolońskiego wykonali obliczenia dla ponad 12 tysięcy oscylujących czerwonych olbrzymów – największej jak dotąd próbie i najdokładniejszych pomiarach.
Zmierzyliśmy odchylenia satelity Gaia, porównując paralaksy zgłoszone przez satelitę z paralaksami tych samych gwiazd, które określiliśmy za pomocą asterosejsmologii – powiedziała Saniya Khan, naukowiec z grupy badawczej Andersona i główna autorka badania opublikowanego w „Astronomy & Astrophysics”.
Gwiezdne trzęsienia ziemi
W ten sam sposób, w jaki geolodzy badają strukturę Ziemi za pomocą trzęsień ziemi, astronomowie wykorzystują asterosejsmologię, a w szczególności drgania i oscylacje gwiazd, aby uzyskać informacje o ich właściwościach fizycznych. Oscylacje gwiazd są mierzone jako niewielkie zmiany natężenia światła i przekładane na fale dźwiękowe, co prowadzi do powstawania widma częstotliwości tych oscylacji.
Widmo częstotliwości pozwala nam określić, jak daleko znajduje się gwiazda, co umożliwia uzyskanie paralaksy asterosejsmologicznej – powiedziała Khan. W naszym badaniu słuchaliśmy „muzyki” ogromnej liczby gwiazd – niektóre z nich znajdowały się w odległości 15 tysięcy lat świetlnych!
Aby przekształcić dźwięki w pomiary odległości, zespół badawczy zaczął od prostego faktu. Prędkość, z jaką fale dźwiękowe rozchodzą się w przestrzeni, zależy od temperatury i gęstości wnętrza gwiazdy. Analizując widmo częstotliwości gwiezdnych oscylacji, możemy oszacować rozmiar gwiazdy, podobnie jak można określić rozmiar instrumentu muzycznego na podstawie rodzaju wydawanego przez niego dźwięku – powiedział Andrea Miglio, profesor nadzwyczajny na Wydziale Fizyki i Astronomii Uniwersytetu Bolońskiego i trzeci autor badania.
Wyrafinowane analizy
Po obliczeniu wielkości gwiazdy astronomowie określili jej jasność i porównali ją z jasnością obserwowaną z Ziemi. Następnie połączyli te informacje z odczytami temperatury i składu chemicznego uzyskanymi za pomocą spektroskopii. Dane te zostały poddane zaawansowanym analizom w celu obliczenia odległości do gwiazd. Wreszcie astronomowie porównali paralaksy uzyskane w tym procesie z tymi zmierzonymi przez satelitę Gaia, aby sprawdzić dokładność pomiarów satelity.
Asterosejsmologia to jedyny sposób, w jaki możemy sprawdzić dokładność paralaksy Gai na całym niebie – to znaczy zarówno dla gwiazd o niskiej, jak i wysokiej intensywności – powiedział Anderson.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Scientists measure the distance to stars by their music
- Investigating Gaia EDR3 parallax systematics using asteroseismology of Cool Giant Stars observed by Kepler, K2, and TESS I. Asteroseismic distances to 12,500 red-giant stars
Źródło: EPFI
Na ilustracji: Wizja artysty ilustrująca, jak poszczególne fale dźwiękowe propagują się wewnątrz gwiazd takich jak Słońce. Niektóre rozprzestrzeniają się wzdłuż warstw powierzchniowych, podczas gdy inne przechodzą przez sam środek gwiazdy. Źródło: ESA
