Uovertruffen mængde af oscillerende røde kæmpestjerner opdaget

En hidtil uset samling af pulserende gigantiske røde stjerner er blevet identificeret af astronomer ved University of Hawaiʻi Institute for Astronomy (IfA). Ved hjælp af observationer fra NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), forskerne opdagede stjernerne, hvis rytmer udspringer af interne lydbølger og giver åbningsakkorder til en symfonisk udforskning af vores galaktiske kvarter.

Siden lanceringen i 2018, TESS har primært jagtet efter exoplaneter – verdener uden for vores solsystem. Men dets følsomme målinger af skiftende stjerners lysstyrke gør teleskopet ideelt til at observere stjerneoscillationer eller materiale inden for stjerners indre struktur. Det er et forskningsområde kaldet asteroseismologi.

"Vores første resultat, kun ved at bruge en måneds stjernemålinger fra TESS' første to år, viser, at vi kan bestemme masserne og størrelserne af disse oscillerende giganter med høj præcision, som kun vil blive bedre, efterhånden som TESS fortsætter, " sagde Marc Hon, en NASA Hubble Fellow hos IfA. "Hvad der virkelig er uden sidestykke er, at TESS's brede dækning giver os mulighed for at foretage disse målinger ensartet over næsten hele himlen."

Denne store mængde af oscillerende røde kæmper vil blive brugt til hidtil usete detaljerede undersøgelser ved hjælp af de jordbaserede teleskoper på Maunakea.

"Vi har allerede startet opfølgende observationer af nogle af de mest spændende oddballs, vi har afsløret i vores store TESS-datasæt, som vil fortælle os mere om deres oprindelse, " sagde hon. "Vi har lige ridset overfladen af ​​skatkammeret af data aktiveret af TESS."

Hon præsenterede forskningen onsdag under TESS Science Conference, en begivenhed afholdt virtuelt, august 2-6 og støttet af Massachusetts Institute of Technology i Cambridge, hvor videnskabsmænd diskuterer de seneste resultater af missionen. Han er hovedforfatter af undersøgelsen, der er godkendt til offentliggørelse i Astrofysisk tidsskrift , med medforfattere, herunder andre IfA-kolleger Jamie Tayar og Daniel Huber.

Udvidelse af muligheder

Oscillationer i solen blev først observeret i 1960'erne. Men sollignende svingninger i tusindvis af stjerner blev ikke opdaget før den fransk-ledede konvektion, Rotation og Planetary Transits rumteleskop, som fungerede fra 2006 til 2013. NASAs Kepler- og K2-missioner, som undersøgte fra 2009 til 2018, fundet titusindvis af oscillerende kæmper. TESS udvider adgangen til disse svingninger gennem sine observationer i rummet.

"Med en så stor prøve, giganter, der kun opstår en procent af tiden, bliver ret mange, " sagde Tayar, en Hubble postdoc ved IfA. "Nu kan vi begynde at tænke på at finde endnu sjældnere stjerner."

TESS overvåger store dele af himlen i omkring en måned ad gangen ved hjælp af sine fire kameraer, dækker omkring 75 % af himlen i løbet af sin toårige primære mission. Hvert kamera tager et fuldt billede 24 x 24 grader (48 gange størrelsen af ​​Månen på vores himmel) på tværs, hvert 30. minut. Siden sensommeren 2020, kameraerne har indsamlet disse billeder i endnu hurtigere hastighed.

Billederne bruges til at generere lyskurver - grafer over skiftende lysstyrke - for næsten 24 millioner stjerner, hver spænder over 27 dage, hvor lang tid TESS stirrer på en del af himlen. For at gennemskue denne enorme ophobning af målinger, Hon og hans kolleger lærte en computer at genkende pulserende kæmper. Holdet brugte maskinlæring, en form for kunstig intelligens, der træner computere til at træffe beslutninger baseret på generelle mønstre uden eksplicit at programmere dem.

For at træne systemet, holdet brugte Kepler lyskurver i mere end 150, 000 stjerner, heraf omkring 20, 000 var oscillerende røde kæmper. Da det neurale netværk var færdig med at behandle alle TESS-data, den havde identificeret 158, 505 pulserende kæmper.

Holdet bestemte farver og afstande for hver kæmpe ved hjælp af data fra Den Europæiske Rumorganisations Gaia-mission, og plottede masserne af disse stjerner hen over himlen. En grundlæggende forudsigelse inden for galaktisk astronomi er, at yngre, stjerner med højere masse burde ligge tættere på galaksens plan, præget af den høje tæthed af stjerner, der skaber Mælkevejens skær på nattehimlen.

"Vores kort viser for første gang, at dette faktisk er tilfældet over næsten hele himlen, " sagde Huber. "Med hjælp fra Gaia, TESS har nu givet os billetter til en rød kæmpekoncert i himlen."