W jaki sposób lepiej mierzyć masy samotnych gwiazd? Astronomowie opracowali nową i ulepszoną metodę takiego pomiaru, szczególnie gwiazd z układami planetarnymi.
Uzyskanie dokładnych pomiarów wagi gwiazdy nie tylko odgrywa kluczową rolę w zrozumieniu, w jaki sposób gwiazdy się rodzą, ewoluują i umierają, ale ma również zasadnicze znaczenie w ocenie prawdziwej natury tysięcy egzoplanet, o których teraz wiadomo, że krążą wokół większości innych gwiazd.
Metoda ta jest dostosowana do potrzeb misji Europejskiej Agencji Kosmicznej GAIA, która jest w trakcie mapowania Drogi Mlecznej w trzech wymiarach, oraz do celów badań przyszłego satelity NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), który ma wystartować w przyszłym roku i prowadzić przegląd 200 000 najjaśniejszych gwiazd na niebie, szukając obcych ziem.
„Opracowaliśmy nowatorską metodę ‘ważenia’ samotnych gwiazd. Najpierw wykorzystujemy całe światło gwiazdy i jej paralaksę, aby wywnioskować średnicę obiektu. Następnie analizujemy sposób, w jaki światło gwiazdy migota, co pozwala nam zmierzyć jej powierzchnię grawitacyjną. Następnie łączymy to razem, aby uzyskać całkowitą masę gwiazdy” – mówi Keivan Stassun, profesor fizyki i astronomii Uniwersytetu Vanderbilt.
Stassun i jego koledzy – Enrico Corsaro z INAF-Osservatorio Astrofisico di Catania we Włoszech, Joshua Pepper z Uniwersytetu Leigh oraz Scott Gaudi z Uniwersytetu Stanowego Ohio – opisali metodę oraz zaprezentowali jej dokładność używając 675 gwiazd o znanej masie, w artykule zatytułowanym „Empirical, accurate masses and radii of single stars with TESS and GAIA”, który został zaakceptowany do publikacji w Astronomical Journal.
Tradycyjnie, najdokładniejszą metodą określania masy odległych gwiazd jest mierzenie orbit układów podwójnych. Prawa ruchu Newtona pozwalają astronomom obliczyć masy obu gwiazd, mierząc ich orbity ze znaczną dokładnością. Jednak mniej niż połowa układów gwiezdnych w galaktyce to układy podwójne, a spośród nich zaledwie 20% to czerwone karły, które stały się cennymi łowiskami dla planet pozasłonecznych, więc astronomowie wymyślili wiele innych metod szacowania masy samotnych gwiazd. Metoda fotometryczna, która klasyfikuje gwiazdy według koloru i jasności, jest najbardziej ogólna ale nie jest bardzo dokładna. Asterosejsmologia, która mierzy fluktuacje światła powodowane przez impulsy dźwiękowe podróżujące przez wnętrze gwiazdy, jest bardzo dokładna, ale działa tylko na kilku tysiącach najbliższych, najjaśniejszych gwiazd.
„Nasza metoda pozwala mierzyć masę dużej liczby gwiazd z dokładnością 10% – 25%. W większości przypadków jest to o wiele dokładniejsza, niż w przypadku innych dostępnych metod, a co ważniejsze, można ją zastosować do samotnych gwiazd, więc nie ograniczamy się do układów podwójnych” – powiedział Stassun.
Technika ta jest rozwinięciem tego, co Stasuun opracował cztery lata temu z absolwentką Fabienne Bastien, która jest teraz adiunktem na Pennsylvania State University. Używając specjalnego oprogramowania do wizualizacji danych, opracowanego przez zespół astronomów z Uniwersytetu Vanderbilt, Bastien odkryła subtelny wzór migotania światła gwiazd zawierający cenne informacje o grawitacji powierzchniowej gwiazdy.
W zeszłym roku Stassun i jego współpracownicy opracowali empiryczną metodę określania średnicy gwiazdy za pomocą danych z opublikowanego katalogu gwiazd. Polega ona na połączeniu informacji o jasności i temperaturze gwiazdy z danymi paralaksy z misji GAIA (efekt paralaksy to pozorne przesunięcie obiektu spowodowane zmianą punktu widzenia obserwatora).
„Łącząc te dwie techniki, pokazaliśmy, że możemy oszacować masę gwiazd skatalogowanych przez misję Kepler z dokładnością 25% i szacujemy, że zapewni to dokładność 10% dla typów gwiazd, na które misja TESS będzie skierowana” – powiedział Stassun.
Ustalenie masy gwiazdy, która posiada układ planetarny, jest kluczowym czynnikiem w określaniu masy i wielkości planet krążących wokół niej. Błąd wynoszący 100% w ocenie masy gwiazdy (co jest typowe przy zastosowaniu metody fotometrycznej) może spowodować błąd aż do 67% przy obliczaniu masy jej planet. Jest to mniej więcej odpowiednik różnicy pomiędzy Marsem a Ziemią. Jest więc niezwykle ważne, aby właściwie ocenić naturę wszystkich obcych światów, które astronomowie zaczęli wykrywać w ostatnich latach.
Opracowanie
Agnieszka Nowak
Więcej:
Better way to weigh millions of solitary stars
Na zdjęciu: Astronomowie z Uniwersytetu Vanderbilt odkryli lepszy sposób ważenia samotnych gwiazd oraz planet. Źródło: Michael Smelzer, Vanderbilt University
Źródło: Uniwersytet Vanderbilt
