2019-04-15 23:32:01
小行星帮助科学家测量遥远恒星的直径

利用专门研究宇宙伽马射线的望远镜的独特能力,科学家们测量了迄今为止夜空中恒星的最小表观尺寸。使用超高能辐射成像望远镜阵列系统(VERITAS)进行测量,可以看到距离我们2674光年远的巨星和距离700光年的太阳恒星的直径。该研究为天文学家确定恒星大小提供了一种新方法,由DESY的Tarek Hassan和史密森天体物理观测站(SAO)的迈克尔丹尼尔在自然天文学杂志上发表的国际小组领导。

几乎所有天空中的恒星都离得太远,即使是最好的光学望远镜也无法解决。为克服这一局限,科学家们利用一种称为衍射的光学现象来测量恒星的直径。这种效应说明了光的波动性质,并且当一个物体(如小行星)经过一颗恒星前方时就会发生这种情况。 “每天都有令人难以置信的小行星阴影笼罩着我们,”哈桑解释道。 “但是它们阴影的边缘并不是非常尖锐。相反,光线的皱纹环绕着中央的阴影,就像水波纹一样。”这是一种称为衍射图案的一般光学现象,可以在任何学校实验室中使用激光击中锐边来再现。

研究人员使用了这样一个事实,即图案的形状可以显示出光源的角度大小。然而,与学校实验室不同,由小行星遮挡的恒星的衍射图案很难测量。 “这些小行星的掩星很难预测,”丹尼尔说。 “捕捉衍射图案的唯一机会是在阴影扫过望远镜时制作非常快速的快照。”天文学家用这种方式测量了恒星的角度大小。这种方法适用于大约1毫秒的角直径,这大约是从纽约看到的巴黎埃菲尔铁塔顶部2美分硬币的表观尺寸。

然而,天空中没有多少星星那么“大”。为了解决更小的角直径,该团队使用了切伦科夫望远镜。这些乐器通常会注意到宇宙中的高能粒子和伽马射线在遇到地球大气层时产生的极短而微弱的蓝色光芒。切伦科夫望远镜不能产生最佳的光学图像。但是由于它们巨大的镜面,通常像蝇眼一样以六边形分割,它们对光的快速变化非常敏感,包括星光。

利用位于亚利桑那州弗雷德劳伦斯惠普尔天文台的四个大型VERITAS望远镜,该团队可以清楚地检测到明星TYC 5517-227-1的衍射模式,因为它被2018年2月22日的60公里小行星Imprinetta所掩盖。 VERITAS望远镜允许每秒拍摄300张快照。根据这些数据,可以高精度地重建衍射图案的亮度分布,导致恒星的角度或表观直径为0.125毫秒。它的距离为2674光年,这意味着恒星的真实直径是太阳的11倍。有趣的是,这个结果将之前的阶级模糊不清的明星归类为红巨星。

三个月后,研究人员在2018年5月22日重复了这一壮举,当时直径88公里的小行星佩内洛普发现了恒星TYC 278-748-1。测量结果的角度大小为0.094毫秒,真实直径为太阳的2.17倍。这一次,团队可以将直径与早期估计进行比较,该估计是基于其直径为太阳直径的2.173倍的恒星的其他特征 - 这是一个很好的匹配,尽管之前的估算不是基于直接测量。

“这是直接测量的恒星的最小角度大小,”丹尼尔强调说。 “使用切伦科夫望远镜剖析小行星的星系掩星,其分辨率比标准月球掩星方法高十倍。此外,它至少是现有干涉尺寸测量值的两倍。”作者写道,这些测量的不确定性约为百分之十。 “我们希望通过优化设置可以显着提高这一点,例如缩小记录颜色的波长,”Daniel说。由于不同波长的衍射方式不同,如果同时记录太多颜色,则图案会被涂抹掉。

“我们的试点研究建立了一种确定恒星真实直径的新方法,”哈桑总结道。科学家估计,合适的望远镜每周可以观测到一个以上的小行星掩星。 “由于同一颗恒星看起来越小越远,移动到更小的角度直径也意味着扩大观测范围,”哈桑解释说。 “我们估计我们的方法可以分析距离标准月球掩星方法允许的恒星的十倍。总之,该技术可以为种群研究提供足够的数据。”

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