Група астрономів використала астросейсмологію (коливання зір), щоб точно виміряти відстань зір від Землі. Дослідники вивчили тисячі зір і перевірили вимірювання, зроблені під час виконання місії Gaia («Ґайя») для вивчення ближнього Всесвіту.
Для більшості з нас усі незліченні яскраві плями на нічному небі здаються зорями. Але насправді деякі з цих плям є планетами, або навіть галактиками, розташованими за мільярди світлових років від нас. Те, що ви бачите, залежить від того, як далеко воно міститься від Землі. Ось чому вимірювання точної відстані до небесних об’єктів є такою важливою ціллю для астрономів і однією з найбільших проблем, з якою вони досі стикаються.
Саме з огляду на це Європейське космічне агентство (European Space Agency, ESA) 10 років тому розпочало місію Gaia. Дані, зібрані космічним апаратом «Ґайя», відкривають вікно в ближній Всесвіт, бо це астрономічні вимірювання таких величин, як положення, відстань від Землі та рух, майже двох мільярдів зір.
Дослідницька група Standard Candles and Distances з Федеральної політехнічної школи Лозанни (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, EPFL) на чолі з професором Річардом Андерсоном (Richard Anderson) прагне виміряти поточне розширення Всесвіту і вважає Gaia цінним інструментом. «Gaia збільшила в 10 000 разів кількість зір, паралакси яких виміряно. Причому зі значним підвищенням точності, як порівняти з вимірюваннями, виконаними попередньою місією ESA Hipparcos», — зазначив він.
Нині астрономи використовують метод паралаксів для обчислення відстані до зір. Цей метод передбачає вимірювання паралактичного зміщення зорі на небесній сфері за допомогою космічного апарата через трикутник, вершинами якого є точка розташуванням Gaia в просторі, Сонце і зоря, до якої міряють відстань. Що далі зоря, то складніше вимірювати, бо паралакс стає меншим зі збільшенням відстані.
Астрономи використовують метод паралаксів для вимірювання відстані до зір. Авторські права на зображення: Європейське космічне агентство (European Space Agency, ESA). Фото з сайту https://phys.org.
Незважаючи на приголомшливий успіх Gaia, вимірювати паралакси складно, і є невеликі систематичні ефекти, які потрібно перевірити та виправити, щоб паралакси Gaia повністю розкрили свій потенціал. Це те, над чим працювали науковці з EPFL та Болонського університету в Італії, вивчаючи коливання понад 12 000 червоних гігантів — дотепер найбільша вибірка об’єктів та найточніші вимірювання.
«Ми виміряли похибки Gaia, порівнявши паралакси, про які повідомляє місія, з паралаксами тих самих зір, які ми визначили за допомогою астросейсмології», — сказала Санія Хан (Saniya Khan), науковиця дослідницької групи Андерсона та провідний автор дослідження. Його результати опубліковано в журналі Astronomy & Astrophysics.
Зоряні землетруси
Подібно до того, як геологи вивчають структуру Землі за допомогою землетрусів, астрономи використовують астросейсмологію, зокрема коливання зір, щоб отримати інформацію про їхні фізичні властивості. Зоряні коливання фіксують як крихітні коливання інтенсивності світла, що спричиняють появу звукових хвиль і частотного спектру цих коливань.
«Частотний спектр дає нам змогу визначити, як далеко міститься зоря, тобто ми отримуємо астросейсмічні паралакси», — сказала Хан. «У процесі дослідження ми слухали “музику” величезної кількості зір — деякі з них лежать на відстані 15 000 світлових років».
Уявлення художника про те, як окремі звукові хвилі поширюються всередині таких зір, як Сонце. Деякі проходять вздовж поверхневих шарів, а інші — прямо через центр зорі. Авторські права на зображення: Європейське космічне агентство (European Space Agency, ESA). Фото з сайту https://phys.org.
Щоб перетворити звуки на відстані, дослідницька група почала з простого факту. Швидкість, з якою звукові хвилі поширюються в просторі, залежить від температури та щільності внутрішньої частини зорі.
«Аналізуючи частотний спектр коливань зір, ми можемо оцінити розмір зорі, подібно до того, як ви можете визначити розмір музичного інструменту за звуком, який він видає — згадайте різницю у висоті звуку між скрипкою та віолончеллю», — зауважив Андреа Мільо (Andrea Miglio), професор кафедри фізики та астрономії Болонського університету, третій автор дослідження.
Складний аналіз
Розрахувавши таким чином розмір зорі, астрономи потім визначили її світність і порівняли це значення з блиском, який реєструють тут, на Землі. Вони поєднали цю інформацію з показниками температури та хімічного складу, отриманими за допомогою спектроскопії. Потім через складний аналіз цих даних обчислили відстань до зорі. І, зрештою, порівняли паралакси, отримані в цьому процесі, з тими, які визначила «Ґайя», щоб перевірити точність вимірювань, які виконує космічний апарат.
«Астросейсмологія — це єдиний спосіб перевірити точність паралаксів від Gaia по всьому небу, тобто як для слабких, так і яскравих, зір», — сказав Андерсон.
Хан зазначає, що майбутнє цієї галузі яскраве: «Майбутні космічні місії, такі як TESS і PLATO, призначені для виявлення та дослідження екзопланет, використовуватимуть астеросейсмологію та отримуватимуть потрібні набори даних з все більших ділянок неба. Таким чином, методи, схожі на наші, відіграватимуть вирішальну роль у вдосконаленні вимірювань паралаксів, визначених місією Gaia, що допоможе точно визначити наше місце у Всесвіті та принесе користь для багатьох підгалузей астрономії та астрофізики».
За інф. з сайту https://phys.org підготував Іван Крячко
