En bedre måde at veje millioner af ensomme stjerner på

Astronomer er kommet med en ny og forbedret metode til måling af masser af millioner af ensomme stjerner, især dem med planetariske systemer.

At få nøjagtige målinger af, hvor meget stjerner vejer, spiller ikke kun en afgørende rolle i forståelsen af, hvordan stjerner fødes, udvikle sig og dø, men det er også vigtigt for at vurdere den sande natur af de tusinder af eksoplaneter, der nu vides at kredser om de fleste andre stjerner.

Metoden er skræddersyet til European Space Agency's Gaia Mission, som er i færd med at kortlægge Mælkeveens galakse i tre dimensioner, og NASAs kommende Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), som er planlagt til lancering næste år og vil undersøge de 200, 000 lyseste stjerner på firmamentet på udkig efter fremmede jordarter.

"Vi har udviklet en ny metode til at 'veje' ensomme stjerner, "sagde Stevenson professor i fysik og astronomi Keivan Stassun, der styrede udviklingen. "Først, vi bruger det samlede lys fra stjernen og dens parallaks til at udlede dens diameter. Næste, vi analyserer den måde, hvorpå lyset fra stjernen flimrer, som giver os et mål for dens overfladetyngde. Derefter kombinerer vi de to for at få stjernens samlede masse. "

Stassun og hans kolleger-Enrico Corsaro fra INAF-Osservatorio Astrofisico di Catania i Italien, Joshua Pepper fra Leigh University og Scott Gaudi fra Ohio State University - beskriver metoden og demonstrer dens nøjagtighed ved hjælp af 675 stjerner med kendt masse i en artikel med titlen "Empirisk, nøjagtige masser og radier af enkeltstjerner med TESS og GAIA "accepteret til offentliggørelse i Astronomisk Journal .

Traditionelt set den mest nøjagtige metode til bestemmelse af massen af ​​fjerne stjerner er at måle baner i dobbeltstjernesystemer, kaldet binære filer. Newtons bevægelseslove tillader astronomer at beregne masserne af begge stjerner ved at måle deres kredsløb med betydelig nøjagtighed. Imidlertid, færre end halvdelen af ​​stjernesystemerne i galaksen er binære filer, og binærerne udgør kun omkring en femtedel af de røde dværgstjerner, der er blevet værdifulde jagtområder for eksoplaneter, så astronomer er kommet med en række andre metoder til at estimere masserne af ensomme stjerner. Den fotometriske metode, der klassificerer stjerner efter farve og lysstyrke, er den mest generelle, men det er ikke særlig præcist. Asteroseismologi, som måler lysudsving forårsaget af lydpulser, der bevæger sig gennem en stjernes indre, er meget præcis, men fungerer kun på flere tusinde af de nærmeste, lyseste stjerner.

"Vores metode kan måle massen af ​​et stort antal stjerner med en nøjagtighed på 10 til 25 procent. I de fleste tilfælde, dette er langt mere præcist, end det er muligt med andre tilgængelige metoder, og vigtigere kan det anvendes på ensomme stjerner, så vi ikke er begrænset til binære filer, "Sagde Stassun.

Teknikken er en forlængelse af en tilgang, som Stassun udviklede for fire år siden med kandidatstuderende Fabienne Bastien, som nu er adjunkt ved Pennsylvania State University. Ved hjælp af speciel datavisualiseringssoftware udviklet af et neuro-mangfoldigt team af Vanderbilt-astronomer, Bastein opdagede et subtilt flimermønster i stjernelys, der indeholder værdifuld information om en stjernes overfladetyngde.

Sidste år, Stassun og hans samarbejdspartnere udviklede en empirisk metode til at bestemme stjernernes diameter ved hjælp af offentliggjorte stjernekatalogdata. Det indebærer at kombinere oplysninger om en stjernes lysstyrke og temperatur med Gaia Mission -parallaksdata. (Parallakseffekten er den tilsyneladende forskydning af et objekt forårsaget af en ændring i observatørens synspunkt.)

"Ved at sammensætte disse to teknikker, vi har vist, at vi kan estimere stjernemassen katalogiseret af NASAs Kepler -mission med en nøjagtighed på cirka 25 procent, og vi vurderer, at den vil give en nøjagtighed på cirka 10 procent for de typer stjerner, som TESS -missionen vil målrette mod, sagde Stassun.

Etablering af massen af ​​en stjerne, der besidder et planetsystem, er en kritisk faktor for at bestemme massen og størrelsen af ​​planeterne, der omgiver den. En fejl på 100 procent i estimatet af en stjernes masse, som er typisk ved hjælp af den fotometriske metode, kan resultere i en fejl på hele 67 procent ved beregning af massen af ​​dens planeter. Dette svarer nogenlunde til forskellen mellem en kviksølv og en jord. Så, det er ekstremt vigtigt for en korrekt vurdering af arten af ​​alle de fremmede verdener, som astronomer er begyndt at opdage i de seneste år.