Исследовательская группа обнаружила очень большие колебания температуры в AU Microscopii, очень активной звезде, окруженной пылевым диском и вращающейся вокруг по крайней мере одной планеты, которую можно увидеть здесь в силуэте. Фото предоставлено: НАСА, ЕКА, Джозеф Олмстед (STSCI)
Астрономы изучают звезды, наблюдая за различными цветами света, которые они излучают — цвета, которые они обнаруживают и анализируют с помощью спектроскопии. Теперь команда под руководством Этьена Артиго из Университета Монреаля разработала метод, который использует спектр звезды для регистрации колебаний температуры в разные периоды времени с точностью до десятых долей градуса Цельсия.
«Отслеживая температуру звезды, мы можем многое узнать о ней, например, период ее вращения, ее звездную активность и ее магнитное поле», — объяснил Артигау, астрофизик из Института Тротье по исследованию экзопланет (IREx) UdeM. «Такие подробные знания также необходимы для поиска и исследования звездных планет».
В статье, принятой к публикации в Astronomical Journal и в настоящее время доступной на сервере препринтов arXiv, Артигау и его команда демонстрируют эффективность и универсальность метода, используя наблюдения за четырьмя очень разными звездами с помощью канадско-французского Гавайского телескопа на Гавайях и европейского южного телескопа. 3,6-метровый телескоп обсерватории (ESO) в Ла Силья, Чили.
Улучшенный метод анализа спектров
Первоначально ученые сосредоточились на звездных спектрах, чтобы улучшить обнаружение экзопланет по лучевой скорости. Этот метод измеряет легкие колебания звезды, вызванные гравитационной силой планеты, вращающейся вокруг нее. Чем сильнее вибрации, тем больше планета.
Однако трудно обнаружить очень маленькие колебания и, следовательно, планеты с малой массой. Чтобы решить эту проблему, Артигау и его команда разработали метод, который использует метод лучевых скоростей и анализирует весь спектр звезды, а не только некоторые его части, как это было возможно ранее с помощью этого метода.
Это позволяет обнаруживать планеты размером с Землю, вращающиеся вокруг небольших звезд. Затем Артигау пришла в голову идея использовать аналогичную стратегию для обнаружения изменений не только в колебаниях звезды, но и в ее температуре.
Различение звезд и их планет.
Измерения температуры имеют решающее значение в поиске экзопланет. Обычно их наблюдают косвенно, внимательно следя за своей звездой. В последние годы астрономы столкнулись с серьезным препятствием: как отличить наблюдаемые эффекты звезды от эффектов ее планет.
Это проблема как при поиске экзопланет по лучевой скорости, так и при изучении их атмосфер с помощью транзитной спектроскопии.
«Очень сложно подтвердить существование экзопланеты или изучить ее атмосферу, не зная точно свойств ее родительской звезды и того, как они меняются с течением времени», — объяснил Шарль Кадье, докторант IREx, принимавший участие в исследовании.
«Этот новый метод дает нам бесценный инструмент для углубления наших знаний об экзопланетах и улучшения характеристик их свойств».
Непревзойденная точность
Температура поверхности звезды — фундаментальное свойство, на которое полагаются астрономы, поскольку ее можно использовать для определения светимости и химического состава звезды. В лучшем случае точную температуру звезды можно определить с точностью около 20 °С.
Однако новая технология измеряет не точную температуру, а ее изменение во времени, которое она может определять с поразительной точностью.
«Мы не можем сказать, имеет ли звезда температуру 5000 или 5020 градусов по Цельсию, но мы можем определить, повысилась или понизилась ее температура на градус, даже на долю градуса — никто никогда раньше этого не делал», — сказал Артигау.
«Обнаружить такие крошечные колебания температуры в человеческом теле сложно. Представьте себе, как это выглядит внутри газового шара с температурой в несколько тысяч световых лет, находящегося на расстоянии десятков световых лет».
Невиданная ранее информация о четырех звездах
Чтобы показать, что их метод работает, исследователи использовали наблюдения, сделанные с помощью спектрографа SPIRou на телескопе Канада-Франция-Гавайи и спектрографа HARPS на 3,6-метровом телескопе ESO.
В данных, собранных этими двумя телескопами с четырех небольших звезд в окрестностях Солнца, команда смогла четко увидеть колебания температуры, которые они объяснили либо вращением звезды, либо событиями на ее поверхности или в окружающей области.
Новая технология позволила измерить большие колебания температуры. Для звезды AU Microscopii, известной своей высокой звездной активностью, команда зафиксировала колебания почти 40°C.
Используя этот метод, они смогли измерить не только очень быстрые изменения температуры, связанные с короткими периодами вращения в несколько дней, как, например, те, которые наблюдаются AU Microscopii и Epsilon Eridani, но и изменения, происходящие в течение гораздо более длительных периодов времени, что является сложной задачей. для наземных телескопов.
«Мы смогли измерить изменения на несколько градусов или меньше, которые происходят в течение очень длительных периодов времени, например, те, которые связаны с вращением звезды Барнарда, очень тихой звезды, полный оборот которой занимает пять месяцев», — объяснил Артигау. «Раньше нам пришлось бы использовать космический телескоп Хаббла, чтобы измерить такое тонкое и медленное изменение».
Используя новую технологию, также удалось обнаружить очень тонкие изменения температуры на поверхности звезд. Например, команде удалось обнаружить тонкие изменения температуры у звезды HD 189733, которые совпали с орбитой ее экзопланеты HD 189733 b, гигантской планеты горячего Юпитера.
Открыты новые горизонты
Исследователи UdeM отмечают, что технология работает не только со SPIRou и HARPS, но и с любым спектрографом, работающим в видимом или инфракрасном диапазоне.
Инновационный метод может быть непосредственно применен к наблюдениям с помощью NIRPS, спектрографа, установленного в прошлом году на телескопе ESO в Чили. По мнению исследователей, эту технику также можно будет использовать с космическими инструментами, такими как космический телескоп Джеймса Уэбба.
«Мощность и универсальность этого метода означает, что мы можем использовать существующие данные многочисленных обсерваторий для обнаружения изменений, которые раньше были слишком малы, чтобы их можно было заметить, даже в течение очень длительных периодов времени», — сказал Артигау.
«Это открывает новые горизонты в нашем изучении звезд, их активности и планет».
Информация от: Монреальским университетом
