Μια απλή, αλλά κομψή μέθοδος μέτρησης της επιφανειακής βαρύτητας ενός αστεριού μόλις ανακαλύφθηκε. Αναπτύχθηκε από μια ομάδα αστρονόμων και με επικεφαλής τον καθηγητή Φυσικής και Αστρονομίας του Vanderbilt, Keivan Stassun, αυτή η νέα τεχνική μετρά το «τρεμόπαιγμα» ενός αστέρα.
Με αβεβαιότητα που κυμαίνεται από 50 τοις εκατό έως 200 τοις εκατό, οι αστρονόμοι ήταν πρόθυμοι να εκμεταλλευτούν έναν νέο τρόπο μέτρησης της επιφανειακής βαρύτητας ενός αστεριού που θα ισοπεδώσει τους αγώνες. Με τη λήψη βελτιωμένων αριθμών για μια μεγάλη ποικιλία αστεριών σε διάφορες αποστάσεις, αυτή η νέα μέθοδος μπορεί να είναι σε θέση να μειώσει το ποσοστό αβεβαιότητας στο μισό.
«Μόλις γνωρίζετε την επιφάνεια ενός άστρου, τότε χρειάζεστε μόνο μία άλλη μέτρηση, τη θερμοκρασία του, η οποία είναι πολύ εύκολο να ληφθεί, για να προσδιορίσετε τη μάζα, το μέγεθός του και άλλες σημαντικές φυσικές ιδιότητες», δήλωσε ο Stassun.
«Η μέτρηση της αστρικής επιφανειακής βαρύτητας ήταν ανέκαθεν μια δύσκολη υπόθεση», πρόσθεσε ο Gibor Basri, καθηγητής αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϊ, ο οποίος συνέβαλε στη μελέτη. "Επομένως, είναι μια πολύ ευχάριστη έκπληξη που διαπιστώνουμε ότι το λεπτό τρεμόπαιγμα του φωτός ενός αστέρα παρέχει έναν σχετικά εύκολο τρόπο να το κάνει."
Πώς ακριβώς μετράμε αυτήν τη στιγμή τη βαρύτητα της αστρικής επιφάνειας; Μέχρι τώρα, οι αστρονόμοι βασίστηκαν σε τρεις μεθόδους: φωτομετρική, φασματοσκοπική και αστεροσχιστική. Αυτός ο νέος τρόπος μέτρησης, γνωστός ως «μέθοδος τρεμούλιασμα», είναι πολύ πιο απλοϊκός από τους προηγούμενους τρόπους και είναι στην πραγματικότητα πιο ακριβής από δύο από αυτούς. Ας ρίξουμε μια ματιά και στις τρεις αποδεκτές μεθόδους…
Για τη φωτομετρία, βλέπουμε πόσο λαμπρό ένα αστέρι λάμπει σε διάφορα χρώματα. Όπως ένα γράφημα, αυτά τα σχέδια αποκαλύπτουν χημική σύνθεση, θερμοκρασία και επιφανειακή βαρύτητα. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί εύκολα σε αχνά αστέρια, τα φωτομετρικά δεδομένα είναι εύκολο να παρατηρηθούν, αλλά δεν είναι πολύ ακριβή. Κυμαίνεται με αβεβαιότητα 90 έως 150 τοις εκατό. Παρόμοια με τις φωτομετρικές παρατηρήσεις, η φασματοσκοπική τεχνική ρίχνει μια ματιά στο χρώμα, αλλά μια πολύ πιο προσεκτική ματιά στις στοιχειώδεις εκπομπές της αστρικής ατμόσφαιρας. Ενώ έχει χαμηλότερο ποσοστό αβεβαιότητας 25 έως 50 τοις εκατό, περιορίζεται σε φωτεινότερα αστέρια. Όπως ένας γραμμικός κώδικας, μετρά την επιφανειακή βαρύτητα από το πόσο ευρύ εμφανίζονται οι φασματικές γραμμές: η υψηλή βαρύτητα απλώνεται, ενώ η χαμηλότερη βαρύτητα είναι στενή. Στην αστεροσεολογία, η ακρίβεια αυξάνεται σε μόλις μερικά τοις εκατό, αλλά οι μετρήσεις είναι δύσκολο να ληφθούν και περιορίζονται σε φωτεινά, κοντινά αστέρια. Σε αυτήν την τεχνική, μετράται ο ήχος που ταξιδεύει μέσα από το αστρικό εσωτερικό και επισημαίνονται συγκεκριμένες συχνότητες που σχετίζονται με την επιφανειακή βαρύτητα. Τα γιγαντιαία αστέρια σφυγμούν φυσικά σε χαμηλό βήμα, ενώ τα μικρά αστέρια αντηχούν σε υψηλότερο. Φανταστείτε το γκονγκ ενός μεγάλου κουδουνιού σε αντίθεση με το κουδούνισμα ενός μικρού.
Λοιπόν, τι τρεμοπαίζει; Στη μέθοδο τρεμούλιασμα, μετρώνται οι διαφορές στη φωτεινότητα του αστεριού - συγκεκριμένα οι παραλλαγές που εμφανίζονται σε οκτώ ή λιγότερες ώρες. Αυτές οι παραλλαγές φαίνεται να συνδέονται με την επιφανειακή κοκκοποίηση, τη διασύνδεση των «κυττάρων» που καλύπτουν την αστρική επιφάνεια. Αυτές οι περιοχές σχηματίζονται από στήλες αερίου που ανεβαίνουν από κάτω. Για αστέρια που έχουν υψηλή επιφανειακή βαρύτητα, η κοκκοποίηση φαίνεται να είναι λεπτότερη και τρεμοπαίζει πιο γρήγορα, ενώ τα αστέρια με χαμηλή επιφανειακή βαρύτητα εμφανίζουν αργή κοκκοποίηση και τρεμοπαίζουν αργά. Η εγγραφή τρεμοπαίζει είναι μια απλή διαδικασία, η οποία περιλαμβάνει μόνο πέντε γραμμές κώδικα υπολογιστή για τη δημιουργία μιας βασικής μέτρησης. Χάρη στην ευκολία και την απλότητά του, μειώνει όχι μόνο το κόστος λήψης δεδομένων, αλλά εξαλείφει επίσης την προσπάθεια που απαιτείται για τη μέτρηση της επιφανειακής βαρύτητας ενός μεγάλου αριθμού αστεριών.
«Οι φασματοσκοπικές μέθοδοι είναι σαν χειρουργική επέμβαση. Η ανάλυση είναι σχολαστική και εμπλεκόμενη και πολύ λεπτομερής », δήλωσε ο Stassun. «Το Flicker μοιάζει περισσότερο με υπερήχους. Απλώς τρέχετε τον καθετήρα γύρω από την επιφάνεια και βλέπετε τι πρέπει να δείτε. Αλλά η διαγνωστική του ισχύ - τουλάχιστον για τον σκοπό της μέτρησης της βαρύτητας - είναι τόσο καλή αν όχι καλύτερη. "
Είναι ακριβής η μέθοδος τρεμούλιασμα; Τοποθετώντας τις μετρήσεις δίπλα-δίπλα με την αστεροσεολογία, οι ερευνητές έχουν προσδιορίσει ότι έχει έναν παράγοντα αβεβαιότητας μικρότερο από 25 τοις εκατό - καλύτερο από τα φασματοσκοπικά και τα φωτομετρικά αποτελέσματα. Το μόνο κακό χαρακτηριστικό του είναι ότι απαιτεί ακριβή δεδομένα που λαμβάνονται για μεγάλες χρονικές περιόδους. Ωστόσο, ένα ειδικό εργαλείο, ο Κέπλερ, έχει ήδη παράσχει μια τεράστια ποσότητα πληροφοριών που μπορούν να ανακυκλωθούν. Χάρη στις δεκάδες χιλιάδες παρατηρήσεις των αστεριών που παρακολουθούνται για εξωπλανήτες, τα δεδομένα του Kepler είναι άμεσα διαθέσιμα σε μελλοντικές εξετάσεις τρεμοπαίγματος.
«Η εξαιρετική ακρίβεια των δεδομένων από το Kepler μας επιτρέπει να παρακολουθούμε τα κύματα και τα κύματα στις επιφάνειες των αστεριών», δήλωσε ο μέλος της ομάδας Joshua Pepper, επίκουρος καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο Lehigh. "Αυτή η συμπεριφορά προκαλεί λεπτές αλλαγές στη φωτεινότητα ενός αστεριού στη χρονική κλίμακα μερικών ωρών και μας λέει με μεγάλη λεπτομέρεια πόσο μακριά βρίσκονται αυτά τα αστέρια στην εξελικτική τους ζωή."
Πώς ανακαλύφθηκε το τρεμόπαιγμα; Ο απόφοιτος φοιτητής Fabienne Bastien ήταν ο πρώτος που παρατήρησε κάτι λίγο διαφορετικό ενώ χρησιμοποίησε ειδικό λογισμικό οπτικοποίησης για να εξετάσει τα δεδομένα του Kepler. Αυτό το λογισμικό, που αναπτύχθηκε από τους αστρονόμους της Vanderbilt, προοριζόταν αρχικά για τη διερεύνηση μεγάλων, πολυδιάστατων συνόλων δεδομένων αστρονομίας. (Το εργαλείο οπτικοποίησης δεδομένων που επέτρεψε αυτήν την ανακάλυψη, που ονομάζεται Filtergraph, είναι δωρεάν για το κοινό.)
«Σχεδιάζω διάφορες παραμέτρους αναζητώντας κάτι που συσχετίζεται με τη δύναμη των μαγνητικών πεδίων των αστεριών», δήλωσε ο Bastien. "Δεν το βρήκα, αλλά βρήκα μια ενδιαφέρουσα συσχέτιση μεταξύ ορισμένων μοτίβων τρεμοπαίγματος και αστρικής βαρύτητας."
Στη συνέχεια, η Bastien ανέφερε την ανακάλυψή της στον Stassun. Εξίσου περίεργος, το ζευγάρι αποφάσισε στη συνέχεια να δοκιμάσει τη νέα μέθοδο σε αρχειοθετημένες καμπύλες φωτός Kepler αρκετών εκατοντάδων αστεριών. Σύμφωνα με το δελτίο ειδήσεων, όταν χαρτογράφησαν τη μέση φωτεινότητα οποιουδήποτε συγκεκριμένου αστεριού έναντι της έντασης που τρεμοπαίζει, παρατήρησαν ένα μοτίβο. «Καθώς τα αστέρια γερνούν, η συνολική τους διακύμανση μειώνεται σταδιακά στο ελάχιστο. Αυτό γίνεται εύκολα κατανοητό επειδή ο ρυθμός περιστροφής ενός αστεριού μειώνεται σταδιακά με την πάροδο του χρόνου. Καθώς τα αστέρια πλησιάζουν αυτό το ελάχιστο, το τρεμόπαιμά τους αρχίζει να αναπτύσσεται σε πολυπλοκότητα - ένα χαρακτηριστικό που οι αστρονόμοι έχουν ονομάσει «κροτάλισμα». Μόλις φτάσουν σε αυτό το σημείο, το οποίο αποκαλούν τρεμόπαιγμα, τα αστέρια φαίνεται να διατηρούν αυτό το χαμηλό επίπεδο μεταβλητότητας για το υπόλοιπο της ζωής τους, αν και φαίνεται να αυξάνεται ξανά καθώς τα αστέρια πλησιάζουν στα άκρα της ζωής τους ως κόκκινα γιγαντιαία αστέρια "
«Αυτός είναι ένας ενδιαφέρων νέος τρόπος να δούμε την αστρική εξέλιξη και έναν τρόπο να βάλουμε τη μελλοντική εξέλιξη του Ήλιου μας σε μια μεγαλύτερη προοπτική», δήλωσε ο Stassun.
Ποιο είναι λοιπόν το μέλλον του Ήλιου μας σύμφωνα με το τρεμόπαιγμα; Όταν οι ερευνητές πήραν δείγμα από την καμπύλη φωτός του Ήλιου, το βρήκαν «αιωρείται ακριβώς πάνω από το τρεμόπαιγμα του δαπέδου». Αυτή η μέτρηση τους οδηγεί στην υπόθεση ότι το Sol θα μετατραπεί σε «κατάσταση ελάχιστης μεταβλητότητας και, στη διαδικασία, θα χάσει τα σημεία της». Θα μπορούσε να είναι αυτός ο λόγος που δεν βλέπουμε τόση δραστηριότητα όπως αναμενόταν κατά τη διάρκεια του τρέχοντος ηλιακού μέγιστου χρόνου ή είναι απλώς μια νέα θεωρία όπου είναι πολύ νωρίς για να κάνουμε υποθέσεις; Θα καλέσουμε το τρεμόπαιμά σας και θα σας αυξήσουμε δύο σημεία…
Πηγή πρωτότυπης ιστορίας: Δελτίο ειδήσεων Vanderbilt.
