Интерференция света звезды при затмении астероидом в представлении художника

DESY

Астрономы реализовали новый способ прямых измерений видимого размера звезд на основе изучения дифракционной картины при затмении светила астероидом. Для этого ученые воспользовались неожиданным инструментом: вместо обычных телескопов они использовали черенковские, которые созданы для изучения атмосферных ливней частиц. В результате удалось определить угловые размеры звезд с точностью порядка 0,1 угловой миллисекунды, что на порядок точнее других подобных измерений. Результаты опубликованы в журнале Nature Astronomy.

Угловой размер звезд является одним из важнейших параметров. Вместе с измерениями потока излучения знание видимого размера позволяет сравнить предсказания теории эволюции светил с реальными объектами. Однако экспериментальное определение этой величины чрезвычайно трудно, так как межзвездные расстояния в большинстве случае настолько велики, что не позволяют непосредственно увидеть размер при помощи отдельных телескопов. На сегодняшний день с достаточной точностью подобные измерения проведены лишь для небольшого количества относительно близких звезд.

Одним из непрямых методов измерения размера звезд является затмение Луной. Так как ближайшее к Земле космическое тело равномерно движется по небу со скоростью примерно 0,55 микросекунд дуги в секунду, то используя измерения с высоким временным разрешением (лучше 0,1 секунды) возможна оценка размера светил на основе спадения блеска при затмении. Однако этот метод также ограничен временем прохождения Луны и покрываемой ей областью на небе.

В работе под руководством Вистана Бенбоу (Wystan Benbow) описана подобная техника, но адаптированная для затмений звезд астероидами. Длительность подобных событий уже использовалась в течение многих лет для определения величины самих астероидов, но в новой работе удалось оценить размеры звезд на основе измерений интерференционной картины, то есть неравномерных изменений яркости на границе тени. Ученые воспользовались не стандартными телескопами, с помощью которых обычно смотрят на звезды, а специфическими приборами, предназначенными для изучения фотонов очень высоких энергий — черенковскими телескопами.

Когда частица прилетает из космоса к Земле, то она реагирует с атомами и молекулами верхних слоев атмосферы. Если исходная энергия частицы была достаточно велика, то в результате такого взаимодействия возникает каскад реакций, в котором рождается множество вторичных частиц — атмосферный ливень. Многие из этих частиц заряжены и при движении со скоростью выше фазовой скорости света в данной среде порождают черенковское излучение, которое регистрируется на поверхности Земли в виде очень коротких вспышек света продолжительностью около наносекунд.

В зависимости от типа исходной частицы порождаются ливни с разным углом раствора. В частности, это позволяет отделить события, порожденные массивными частицами (космическими лучами), от фотонов очень высоких энергий. Исследованием последних занимается наземная гамма-астрономия, которая использует черенковские телескопы. По сравнению с обычными телескопами, они обладают плохим угловым разрешением, но намного превосходят их по временному, то есть способны собирать данные сотни, а иногда и тысячи раз в секунду.

Авторы использовали расположенный в США массив черенковских телескопов VERITAS. Ученым удалось измерить размер звезды TYC 5517-227-1 при помощи наблюдений затмений 60-километровым астероидом Импринетта — он оказался равен 0,125 миллисекундам дуги. Так как расстояние до этого светила составляет 2674 световых года, то метрический размер оказывается примерно в 11 раз больше Солнца. Этот результат позволяет отнести данную звезду к классу красных гигантов, в то время как до этого она не была однозначно классифицирована.

Второй изученной звездой стала TYC 278-748-1, которую затмевал астероид Пенелопа с диаметров в 88 километров. Анализ показал, что радиус звезды составляет 0,084 миллисекунды, а физически она в 2,17 раз больше Солнца. Про это светило было гораздо известно больше информации. В частности, на основе теории предсказывалось, что его размер должен быть равно 2,173 диаметра Солнца — таким образом, данные двух принципиально разных методов совпали с высокой точностью. Авторы отмечают, что это наименьший угловой размер звезды, когда-либо определенный при помощи прямых измерений — он примерно в 10 раз меньше достигнутых методов лунных затмений и по крайней мере в 2 раза лучше, чем было возможно при помощи интерференции.

Затмения играют большую роль в современной астрономии. В частности, на их основе работает самый продуктивный на данный момент способ обнаружения экзопланет — транзитный метод. Также марсоход недавно наблюдал затмение Солнца спутниками Красной планеты. Определение радиусов затруднительно также для таких хорошо известных светил как Полярная звезда. Тем не менее, в прошлом году это удалось сделать при помощи косвенных измерений.

Тимур Кешелава

Источник: Nplus1

Оставить комментарий

Пожалуйста, авторизуйтесь чтобы добавить комментарий.
  Подписаться  
Уведомление о