Astronomowie poszukujący podobnych do Ziemi planet w innych układach słonecznych dokonali przełomu, gdy przygląli się bliżej powierzchni gwiazd.
Nowa technika opracowana przez międzynarodowy zespół wykorzystuje kombinację danych z teleskopów naziemnych i kosmicznych do rozróżniania sygnałów świetlnych pochodzących od gwiazd, od sygnałów pochodzących od planet krążących wokół tych gwiazd.
Nasze techniki łączą trzy różne typy obserwacji, aby skupić się na zrozumieniu gwiazdy i tego, jak wygląda jej powierzchnia – powiedziała Rachael Roettenbacher z Yale i główna autorka pracy, która została zaakceptowana przez The Astronomical Journal. Z jednego z zestawów danych tworzymy mapę powierzchni, która pozwala nam odkryć więcej szczegółów w danych o prędkości radialnej, gdy szukamy sygnałów od małych planet. Ta procedura pokazuje wartość uzyskiwania wielu rodzajów obserwacji jednocześnie.
Od dziesięcioleci astronomowie używają metody pomiaru prędkości radialnej jako jednego ze sposobów poszukiwania egzoplanet w innych układach słonecznych. Prędkość radialna odnosi się do ruchu gwiazdy wzdłuż linii wzroku obserwatora.
Astronomowie poszukują zmian w prędkości gwiazdy, które mogą być wywołane grawitacyjnym przyciąganiem orbitującej wokół niej planety. Dane te są uzyskiwane za pomocą spektrometrów – instrumentów, które patrzą na światło emitowane przez gwiazdę i rozciągają je na widmo częstotliwości, które mogą być analizowane.
W miarę jak astronomowie starali się opracować metody wykrywania planet podobnych do Ziemi, napotykali na barierę, która przez lata hamowała ich postęp. Energia emitowana przez gwiazdy tworzy wrzący kocioł konwekcyjnej plazmy, która zniekształca pomiary prędkości radialnej, przesłaniając sygnały pochodzące od małych, skalistych planet.
Jednak nowa generacja zaawansowanych instrumentów próbuje rozwiązać ten problem. Instrumenty te to m.in. EXtreme PREcision Spectrograph (EXPRES), zaprojektowany i zbudowany przez zespół Debry Fischer z Yale, Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) oraz interferometr Center for High Angular Resolution Astronomy (CHARA).
W nowym badaniu naukowcy wykorzystali dane TESS do zrekonstruowania powierzchni Epsilon Eridani, gwiazdy w gwiazdozbiorze Erydanu (niebo południowe). Następnie szukali plam gwiazdowych – chłodniejszych obszarów na powierzchni gwiazdy wywołanych silnymi polami magnetycznymi.
Dzięki rekonstrukcjom, znasz lokalizacje i rozmiary plam na gwieździe, a także wiesz, jak szybko się obraca – powiedział Sam Carbot, także z Yale. Opracowaliśmy metodę, która następnie mówi, jaki rodzaj sygnału można by zobaczyć za pomocą spektrometru.
Następnie naukowcy porównali swoje rekonstrukcje TESS z danymi spektrometru EXPRES zebranymi jednocześnie od Epsilon Eridani.
To pozwoliło nam bezpośrednio powiązać udział sygnatury prędkości radialnych z konkretnymi cechami na powierzchni – powiedziała Fisher. Prędkości radialne od plam gwiazdowych pięknie pasują do danych z EXPRES.
Naukowcy użyli również innej techniki, zwanej interferometrią, do wykrycia plamy gwiazdowej na Epsilon Eridani – jest to pierwsza interferometryczna detekcja plamy gwiazdowej na gwieździe podobnej do Słońca.
Interferometria łączy oddzielne teleskopy, tworząc jeden znacznie większy teleskop. Do tego celu naukowcy wykorzystali CHARA Array, największy na świecie interferometr optyczny, znajdujący się w Kalifornii.
Roettenbacher powiedziała, że ona i jej koledzy zastosują swoją nową technikę do zestawów obserwacji interferometrycznych, aby bezpośrednio zobrazować całą powierzchnię gwiazdy i jej wkład w prędkość radialną.
Obrazowanie interferometryczne nie jest czymś, co wykonuje się dla wielu gwiazd, ponieważ gwiazda musi znajdować się blisko i być jasna. Istnieje garstka innych gwiazd, na których również możemy zastosować nasze pionierskie podejście – dodaje Roettenbacher.
Więcej informacji:
Źródło: Yale University
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Rekonstrukcja powierzchni gwiazdy Epsilon Eridani z plamami, z każdym panelem pokazującym gwiazdę przesuniętą o 1/5 swojego obrotu. Wizualizacja autorstwa Sama Cabota
