Вчені вимірюють зіркові відстані за допомогою зоряної музики

Команда астрономів використала астеросейсмологію, або дослідження зоряних коливань, щоб точно виміряти відстань зірок від Землі. Вони вивчили тисячі зірок і перевірили вимірювання, зроблені під час місії Gaia для вивчення ближнього Всесвіту.

Для більшості з нас усі незліченні яскраві плями на нічному небі здаються зірками. Але насправді деякі з цих плям насправді є планетами, або далекими сонцями, або навіть цілими галактиками, розташованими за мільярди світлових років від нас. Те, на що ви дивитеся, залежить від того, наскільки далеко воно знаходиться від Землі. Ось чому вимірювання точної відстані до небесних об’єктів є такою важливою метою для астрономів і однією з найбільших проблем, з якою вони зараз стикаються.

Внески місії Gaia

Саме з огляду на це десять років тому Європейське космічне агентство (ESA) запустило місію Gaia. Дані, зібрані супутником Gaia, відкривають вікно в ближній Всесвіт, забезпечуючи астрономічні вимірювання, такі як положення, відстань від Землі та рух, майже двох мільярдів зірок.

У EPFL дослідницька група Standard Candles and Distances на чолі з професором Річардом Андерсоном прагне виміряти поточне розширення Всесвіту та вважає Gaia цінним інструментом. «Gaia збільшила в 10 000 разів кількість зірок, чиї паралакси вимірюються, завдяки значному виграшу в точності в порівнянні зі своєю попередницею, місією ESA Hipparcos», – говорить він. Сьогодні вчені використовують паралакси для обчислення відстані до зірок. Цей метод передбачає вимірювання кутів паралакса за допомогою супутника за допомогою форми тріангуляції між розташуванням Геї в просторі, Сонцем і зіркою, про яку йдеться. Чим далі зірка, тим складніше вимірювати, оскільки паралакс стає меншим, чим більша відстань.

Уточнення вимірювань паралакса

Незважаючи на приголомшливий успіх Gaia, вимірювання паралакса є складним, і залишаються невеликі систематичні ефекти, які необхідно перевірити та виправити, щоб паралакси Gaia повністю розкрили свій потенціал. Це те, над чим працювали вчені з EPFL та Болонського університету в Італії, обчислюючи понад 12 000 червоних гігантів*, що коливаються, — найбільший розмір вибірки та найточніші вимірювання на сьогодні.

«Ми виміряли похибки Gaia, порівнявши паралакси, отримані від супутника, з паралаксами тих самих зірок, які ми визначили за допомогою астеросейсмології», — каже Санія Хан, науковець дослідницької групи Андерсона та провідний автор дослідження, опублікованого сьогодні в Astronomy & Astrophysics . .

Астеросейсмологія та зоряні землетруси

Подібно до того, як геологи вивчають структуру Землі за допомогою землетрусів, астрономи використовують астеросейсмологію, зокрема коливання та коливання зірок, щоб отримати інформацію про їхні фізичні властивості. Зоряні коливання вимірюються як крихітні коливання інтенсивності світла та перетворюються на звукові хвилі, породжуючи частотний спектр цих коливань.

Аналіз «музики» Stellar

«Частотний спектр дозволяє нам визначити, наскільки далеко знаходиться зірка, дозволяючи отримати астеросейсмічні паралакси», — каже Хан. «У нашому дослідженні ми слухали «музику» величезної кількості зірок – деякі з них на відстані 15 000 світлових років!»

Щоб перетворити звуки на вимірювання відстані, дослідницька група почала з простого факту. Швидкість, з якою звукові хвилі поширюються в просторі, залежить від температури та щільності внутрішньої частини зірки. «Аналізуючи частотний спектр коливань зірок, ми можемо оцінити розмір зірки, подібно до того, як ви можете визначити розмір музичного інструменту за звуком, який він видає – подумайте про різницю у висоті між скрипкою та віолончеллю. «, — каже Андреа Мільо, професор кафедри фізики та астрономії Болонського університету та третій автор дослідження.

Покращення астрономічних вимірювань

Розрахувавши таким чином розмір зірки, астрономи потім визначили її світність і порівняли цю цифру зі світністю, яку відчувають тут, на Землі. Вони поєднали цю інформацію з показниками температури та хімічного складу, отриманими за допомогою спектроскопії, і провели ці дані за допомогою складного аналізу, щоб обчислити відстань до зірки. Нарешті, астрономи порівняли паралакси, отримані в цьому процесі, з тими, які повідомила Gaia, щоб перевірити точність вимірювань супутника.

«Астеросейсмологія — це єдиний спосіб перевірити точність паралакса Геї на всьому небі — тобто як для зірок низької, так і для високоінтенсивних зірок», — говорить Андерсон. І майбутнє цієї галузі світле, як Хан окреслює:

«Майбутні космічні місії, такі як TESS і PLATO, призначені для виявлення та дослідження екзопланет, використовуватимуть астеросейсмологію та доставлять необхідні набори даних у все більші регіони неба. Таким чином, методи, подібні до нашого, відіграватимуть вирішальну роль у покращенні вимірювань паралаксу Gaia, що допоможе нам точно визначити наше місце у Всесвіті та принесе користь для багатьох підгалузей астрономії та астрофізики».