Eine einfache und dennoch elegante Methode zur Messung der Oberflächengravitation eines Sterns wurde gerade entdeckt. Diese neue Technik wurde von einem Team von Astronomen unter der Leitung von Keivan Stassun, Professor für Physik und Astronomie bei Vanderbilt, entwickelt und misst das „Flimmern“ eines Sterns.
Mit einer Unsicherheit zwischen 50 und 200 Prozent waren Astronomen bestrebt, eine neue Methode zur Messung der Oberflächengravitation eines Sterns zu finden, die das Spielfeld ausrichtet. Durch die Erzielung verbesserter Zahlen für eine Vielzahl von Sternen in unterschiedlichen Entfernungen kann diese neue Methode möglicherweise die Unsicherheitszahl halbieren.
"Sobald Sie die Oberflächengravitation eines Sterns kennen, benötigen Sie nur eine weitere Messung, seine Temperatur, die ziemlich einfach zu erhalten ist, um seine Masse, Größe und andere wichtige physikalische Eigenschaften zu bestimmen", sagte Stassun.
"Die gute Messung der Schwerkraft von Sternoberflächen war schon immer eine schwierige Aufgabe", fügte Gibor Basri, Professor für Astronomie an der University of California in Berkeley, hinzu, der zur Studie beigetragen hat. "Es ist also eine sehr angenehme Überraschung, dass das subtile Flackern des Lichts eines Sterns eine relativ einfache Möglichkeit bietet, dies zu tun."
Wie messen wir derzeit die Schwerkraft der Sternoberfläche? Bisher stützten sich Astronomen auf drei Methoden: photometrisch, spektroskopisch und asteroseismisch. Diese neue Messmethode, die als „Flimmermethode“ bezeichnet wird, ist viel einfacher als frühere Methoden und tatsächlich genauer als zwei davon. Werfen wir einen Blick auf alle drei derzeit akzeptierten Methoden…
Für die Photometrie betrachtet man, wie hell ein Stern in verschiedenen Farben leuchtet. Wie ein Diagramm zeigen diese Muster die chemische Zusammensetzung, die Temperatur und die Oberflächengravitation. Die photometrischen Daten können auf schwachen Sternen verwendet werden und sind leicht zu beobachten, aber nicht sehr genau. Sie liegt mit einer Unsicherheit von 90 bis 150 Prozent. Ähnlich wie bei photometrischen Beobachtungen betrachtet die spektroskopische Technik die Farbe, aber die Elementemissionen der Sternatmosphäre viel genauer. Während es eine niedrigere Unsicherheitsrate von 25 bis 50 Prozent hat, ist es auf hellere Sterne beschränkt. Wie ein Strichcode misst er die Oberflächengravitation daran, wie breit die Spektrallinien erscheinen: Die hohe Schwerkraft wird auseinander gespreizt, während die niedrigere Schwerkraft schmal ist. In der Asteroseismologie schärft sich die Genauigkeit auf nur wenige Prozent, aber die Messungen sind schwierig zu erhalten und beschränken sich auf helle Sterne in der Nähe. Bei dieser Technik wird der Schall gemessen, der sich durch das Sterninnere bewegt, und spezifische Frequenzen, die mit der Oberflächengravitation verbunden sind, werden genau bestimmt. Riesensterne pulsieren natürlich mit einer niedrigen Tonhöhe, während kleine Sterne mit einer höheren Tonhöhe nachhallen. Stellen Sie sich den Gong einer großen Glocke vor, im Gegensatz zum Klingeln einer kleinen.
Also, was ist Flimmern? Bei der Flimmermethode werden die Helligkeitsunterschiede des Sterns gemessen - insbesondere die Schwankungen, die in acht oder weniger Stunden auftreten. Diese Variationen scheinen mit der Oberflächengranulation verbunden zu sein, der Verbindung von „Zellen“, die die Sternoberfläche bedecken. Diese Bereiche werden durch Gassäulen gebildet, die von unten aufsteigen. Bei Sternen mit einer hohen Oberflächengravitation scheint die Granulation feiner zu sein und sie flackern schneller, während Sterne mit einer niedrigen Oberflächengravitation eine grobe Granulation aufweisen und langsam flackern. Das Aufzeichnen von Flimmern ist ein einfacher Vorgang, bei dem nur fünf Zeilen Computercode erforderlich sind, um eine Grundmessung zu erstellen. Dank seiner Leichtigkeit und Einfachheit reduziert es nicht nur die Kosten für das Abrufen von Daten, sondern eliminiert auch einen Großteil des Aufwands, der zur Messung der Oberflächengravitation einer großen Anzahl von Sternen erforderlich ist.
„Die spektroskopischen Methoden sind wie eine Operation. Die Analyse ist akribisch und aufwendig und sehr feinkörnig “, sagte Stassun. „Flimmern ist eher wie Ultraschall. Sie führen die Sonde einfach über die Oberfläche und sehen, was Sie sehen müssen. Aber seine diagnostische Leistung - zumindest zum Zwecke der Schwerkraftmessung - ist genauso gut, wenn nicht sogar besser. “
Ist die Flimmermethode korrekt? Durch die Nebeneinanderstellung von Messungen mit der Asteroseismologie haben Forscher einen Unsicherheitsfaktor von weniger als 25 Prozent festgestellt - besser als spektroskopische und photometrische Ergebnisse. Das einzig schlechte Merkmal ist, dass es genaue Daten erfordert, die über lange Zeiträume aufgenommen wurden. Ein Spezialinstrument, Kepler, hat jedoch bereits eine Vielzahl von Informationen bereitgestellt, die recycelt werden können. Dank seiner Zehntausende von Beobachtungen von Sternen, die auf Exoplaneten überwacht werden, stehen Kepler-Daten für zukünftige Flimmeruntersuchungen zur Verfügung.
"Die exquisite Genauigkeit der Daten von Kepler ermöglicht es uns, das Aufwirbeln und die Wellen auf den Oberflächen von Sternen zu überwachen", sagte Teammitglied Joshua Pepper, Assistenzprofessor für Physik an der Lehigh University. "Dieses Verhalten führt zu subtilen Änderungen der Helligkeit eines Sterns auf der Zeitskala von einigen Stunden und zeigt uns sehr detailliert, wie weit diese Sterne in ihrer evolutionären Lebensdauer entfernt sind."
Wie wurde Flimmern entdeckt? Die Doktorandin Fabienne Bastien bemerkte als erste etwas anderes, als sie mit einer speziellen Visualisierungssoftware Kepler-Daten untersuchte. Diese von Vanderbilt-Astronomen entwickelte Software war ursprünglich für die Untersuchung großer mehrdimensionaler Astronomiedatensätze gedacht. (Das Datenvisualisierungstool Filtergraph, mit dem diese Erkennung aktiviert wurde, ist für die Öffentlichkeit kostenlos.)
"Ich habe verschiedene Parameter aufgezeichnet, um nach etwas zu suchen, das mit der Stärke der Magnetfelder der Sterne korreliert", sagte Bastien. "Ich habe es nicht gefunden, aber ich habe eine interessante Korrelation zwischen bestimmten Flimmermustern und der Sterngravitation gefunden."
Bastien meldete ihre Entdeckung dann Stassun. Ebenso neugierig entschied sich das Paar dann, die neue Methode an archivierten Kepler-Lichtkurven von mehreren hundert sonnenähnlichen Sternen auszuprobieren. Laut der Pressemitteilung bemerkten sie ein Muster, als sie die durchschnittliche Helligkeit eines bestimmten Sterns gegen seine Flimmerintensität abbildeten. „Mit zunehmendem Alter der Sterne sinkt ihre Gesamtvariation allmählich auf ein Minimum. Dies ist leicht zu verstehen, da die Geschwindigkeit, mit der sich ein Stern dreht, mit der Zeit allmählich abnimmt. Wenn sich Sterne diesem Minimum nähern, wird ihr Flimmern immer komplexer - eine Eigenschaft, die die Astronomen als „Knistern“ bezeichnet haben. Sobald sie diesen Punkt erreicht haben, den sie als Flimmerboden bezeichnen, scheinen die Sterne für den Rest ihres Lebens dieses geringe Maß an Variabilität beizubehalten, obwohl es wieder zu wachsen scheint, wenn sich die Sterne dem Ende ihres Lebens als rote Riesensterne nähern . ”
"Dies ist eine interessante neue Sichtweise auf die Sternentwicklung und eine Möglichkeit, die zukünftige Entwicklung unserer Sonne in eine größere Perspektive zu rücken", sagte Stassun.
Wie sieht die Zukunft unserer Sonne laut Flimmern aus? Als die Forscher die Lichtkurve der Sonne abtasteten, stellten sie fest, dass sie „direkt über dem Flimmerboden schwebt“. Diese Messung führt sie zu der Hypothese, dass Sol sich in einen „Zustand minimaler Variabilität verwandelt und dabei seine Flecken verliert“. Könnte dies der Grund sein, warum wir während der aktuellen Sonnenmaximalzeit nicht so viel Aktivität sehen wie erwartet, oder ist dies nur eine neue Theorie, bei der es zu früh ist, um irgendwelche Annahmen zu treffen? Wir rufen Ihr Flimmern an und erhöhen Sie um zwei Punkte ...
Quelle der Originalgeschichte: Vanderbilt-Pressemitteilung.
