Naukowcy mierzą odległość do gwiazd korzystając z asterosejsmologii
Zespół naukowców wykorzystał asterosejsmologię do dokładnego pomiaru odległości do gwiazd. W tym celu przeanalizowali tysiące gwiazd i sprawdzili pomiary wykonane podczas misji Gaia.
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
Dla większości z nas niezliczone jasne punkty na nocnym niebie wydają się być gwiazdami. Jednak w rzeczywistości niektóre z tych punktów 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 tak ważnym celem dla astronomów – i jednym z najważniejszych wyzwań, z którymi obecnie się mierzą.
Mając to na uwadze, Europejska Agencja Kosmiczna uruchomiła misję Gaia dziesięć lat temu. Dane zebrane przez satelitę Gaia otwierają okno na bliski Wszechświat, zapewniając pomiary astronomiczne dla 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 tego celu. Według prof. Andersona, Gaia zwiększyła 10 000 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 istnieją niewielkie efekty systematyczne, które należy sprawdzić i skorygować, aby paralaksy Gaia osiągnęły swój pełny potencjał. Naukowcy z EPFL i Uniwersytetu Bolońskiego we Włoszech pracowali nad tym, wykonując obliczenia na ponad 12 000 oscylujących czerwonych olbrzymów – największej jak dotąd próbie i najdokładniejszych pomiarach.
Zmierzyliśmy odchylenia 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, umożliwiając nam uzyskanie paralaksy asterosejsmologicznej – powiedziała Khan. W naszym badaniu słuchaliśmy „muzyki” ogromnej liczby gwiazd – niektóre z nich znajdowały się w odległości 15 000 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. Te dane zostały poddane zaawansowanym analizom w celu obliczenia odległości do gwiazd. Ostatecznie, astronomowie porównali paralaksy uzyskane w tym procesie z tymi zgłoszonymi przez 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
Źródło:
