Ήχος και φως προδίδουν τα μυστικά των άστρων. A brighter method for measuring the surface gravity of distant stars

Στη φωτογραφία απεικονίζετια η κόκκωση του Ήλιου σε σχέση με την κόκκωση ενός υπογίγαντα και ενός γίγαντα. Simulations of granulation patterns on the surface of the Sun, sub-giant and giant stars. The scale of each simulation is proportional to the size of the blue image of earth next to it. (Courtesy of R. Trampedach, JILA/CU Boulder, CO)

Μια νέα τεχνική χρησιμοποιεί την αυξομείωση της έντασης του φωτός των άστρων για να μετρήσει τη βαρύτητα της επιφάνειάς τους με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια από τις ήδη υπάρχουσες. Η ανακάλυψη, η οποία έγινε με βάση τα δεδομένα του εκτός «κυνηγετικής» μάχης πλέον τηλεσκοπίου Kepler της NASA, αναμένεται να οδηγήσει σε καλύτερη εκτίμηση των ιδιοτήτων των μακρινών ήλιων αλλά και του μεγέθους των εξωπλανητών που κινούνται γύρω τους.

Ήχος και φως

Keivan Stassun (Daniel Dubois / Vanderbilt).

Η τεχνική, η οποία αναπτύχθηκε από διεθνή ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον Κέιβαν Στάσουν, καθηγητή Φυσικής και Αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο Βάντερμπιλτ των Ηνωμένων Πολιτειών, είναι εξαιρετικά απλή. Χρησιμοποιεί ως «δείκτη» για τη μέτρηση της επιφανειακής βαρύτητας τα μοτίβα των μεταβολών που παρατηρούνται στο «τρεμόσβημα» των άστρων για ένα διάστημα χρόνου – και συγκεκριμένα αυτών που διαρκούν οκτώ ώρες ή λιγότερο.

Όπως αναφέρουν στη μελέτη τους, η οποία δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Nature», αναλύοντας δεδομένα του Kepler οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι για άστρα περίπου σαν τον Ήλιο οι μεταβολές αυτές σχετίζονται με την κόκκωση της επιφάνειάς τους, μια ένδειξη σημαντική για τη βαρύτητα: σε άστρα με μεγάλη βαρύτητα επιφανείας  η κόκκωση είναι πιο λεπτή ενώ σε άστρα με μικρότερη βαρύτητα επιφανείας είναι πιο χονδρή. Όπως περιγράφεται στο σχετικό βίντεο, προκειμένου να ανιχνευθούν τα μοτίβα των μεταβολών στην αυξομείωση της έντασής του, το φως των άστρων μετατρέπεται από τους επιστήμονες σε ήχο.

Μεγαλύτερη ακρίβεια

Οι υπάρχουσες μέθοδοι για τη μέτρηση της βαρύτητας της επιφάνειας των άστρων είτε είναι εξαιρετικά πολύπλοκες, θέτοντας σοβαρούς περιορισμούς, είτε ενέχουν μεγάλο ποσοστό αβεβαιότητας. Οι φωτομετρικές μέθοδοι που μετρούν τη φωτεινότητα του άστρου είναι αρκετά απλές, όμως η αβεβαιότητά τους κυμαίνεται στο 90-150%. Η φασματοσκοπία είναι πιο περίπλοκη και περιορίζεται σε σχετικά φωτεινά άστρα, έχει όμως μικρότερη αβεβαιότητα, 25-50%. Η αστεροσεισμολογία επιτυγχάνει σχεδόν ιδανική ακρίβεια – έχει αβεβαιότητα μόλις 2% – αλλά είναι η δυσκολότερη από όλες στην εφαρμογή και περιορίζεται μόνο στα πιο κοντινά και φωτεινά άστρα.

Η νέα τεχνική που προτείνει η ομάδα του Βάντερμπιλτ έχει αβεβαιότητα μόλις 25% και μπορεί να εφαρμοστεί σε πολύ μακρινά άστρα. Ο μόνος περιορισμός της είναι ότι απαιτεί δεδομένα εξαιρετικά υψηλής ποιότητας και για μεγάλο διάστημα χρόνου. Όπως όμως επισημαίνουν οι εμπνευστές της, ευτυχώς το Kepler προτού χάσει την όρασή του λόγω βλάβης έχει συλλέξει έναν τεράστιο όγκο τέτοιων δεδομένων.

Καλύτερη εκτίμηση μακρινών άστρων και εξωπλανητών

Η ανακάλυψη θεωρείται σημαντική καθώς θα επιτρέψει όχι μόνο μια ακριβέστερη «ταυτοποίηση» των νεοανακαλυφθέντων άστρων αλλά και μια καλύτερη εκτίμηση των ιδιοτήτων των μακρινών εξωπλανητών. «Από τη στιγμή που γνωρίζουμε τη βαρύτητα επιφανείας ενός άστρου τότε το μόνο που χρειάζεται είναι μια ακόμη μέτρηση, της θερμοκρασίας του, η οποία είναι αρκετά εύκολο να μετρηθεί, για να προσδιορίσουμε τη μάζα, το μέγεθος και άλλες σημαντικές φυσικές ιδιότητές του» εξήγησε ο δρ Στάσουν σε σχετικό δελτίο Τύπου.

Fabienne Bastien (Steve Green / Vanderbilt).

«Αυτή ίσως να είναι η εξέλιξη που χρειαζόμασταν ως τώρα για να προσδιορίσουμε το μέγεθος εκατοντάδων άστρων και εξωπλανητών» τόνισε από την πλευρά της η Μαρία Γούμακ, διευθύντρια του προγράμματος του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών των Ηνωμένων Πολιτειών που χρηματοδότησε την έρευνα. «Το να έχουμε ακριβείς μετρήσεις του μεγέθους των εξωπλανητών είναι καθοριστικής σημασίας για τον υπολογισμό της πυκνότητας τους, η οποία αποτελεί ένα χαμένο κομμάτι του παζλ σε τόσους πλανήτες που έχουμε ανακαλύψει ως τώρα».