باستخدام الكويكبات لقياس حجم النجوم البعيدة

تشكل الظلال المدلى بها بواسطة الكويكبات أساسًا لطريقة جديدة مثيرة تسمح لعلماء الفلك بتحديد حجم النجوم البعيدة

عندما يمر كويكب أمام نجم ، فإن نمط الحيود الناتج (المبالغة هنا إلى حد كبير) يمكن أن يكشف عن الحجم الزاوي للنجم (DESY ، Lucid Berlin)

وقد استخدم العلماء القدرات الفريدة للتلسكوبات المصممة للكشف عن أشعة جاما الكونية لقياس أصغر حجم واضح لنجم في سماء الليل حتى الآن.

تكشف القياسات - المأخوذة باستخدام نظام صفيف تلسكوب التصوير الإشعاعي النشط للغاية (VERITAS) - بأقطار نجم عملاق 2674 سنة ضوئية ونجم شبيه بالشمس على مسافة 700 سنة ضوئية.

وضعت الدراسة طريقة جديدة ومثيرة لعلماء الفلك لتحديد حجم النجوم ، الفريق الدولي - بقيادة طارق حسن من DESY ومايكل دانيال من مرصد سميثسونيان للفيزياء الفلكية (SAO) - تقارير في مجلة Nature Astronomy.

نظرًا لأن معظم النجوم بعيدة جدًا عن الحل حتى من خلال أفضل التلسكوبات الضوئية ، استخدم الفريق ظاهرة بصرية تسمى الحيود لقياس قطر النجم.

يساعد هذا التأثير الطبيعة الموجية للضوء التي يمكن رؤيتها عندما يمر كائن ، مثل كويكب ، أمام نجم.

يوضح حسن: "إن ظلال الكويكبات الضعيفة بشكل لا يصدق تمر علينا كل يوم. لكن حافة ظلها ليست حادة تمامًا. بدلاً من ذلك ، تحيط التجاعيد الضوئية بالظل المركزي ، مثل تموجات الماء. "

تُعرف هذه الظاهرة البصرية بأنها نمط حيود مستنسخ في مختبرات المدارس في جميع أنحاء العالم وذلك ببساطة عن طريق توجيه الليزر إلى حافة حادة. يمكن أن يكشف شكل النموذج الناتج عن الحجم الزاوي لمصدر الضوء. ومع ذلك ، وبخلاف المعمل المدرسي ، يصعب قياس نمط حيود النجم الذي يحدثه كويكب.

يتابع دانيال: "من الصعب التكهن بهذه الإغراءات بالكويكب. والفرصة الوحيدة لالتقاط نمط الحيود هي عمل لقطات سريعة للغاية عندما يكتسح الظل التلسكوب ".

استخدم علماء الفلك تقنية مشابهة لتلك من قبل ، حيث قاموا بقياس الحجم الزاوي للنجوم التي يحدثها القمر. تعمل هذه الطريقة مباشرة وصولًا إلى أقطار زاويّة تبلغ حوالي ميلي ثانية واحدة تقريبًا - الحجم الظاهري لعملة معدنية تبلغ سنتان فوق برج إيفل في باريس كما ترى من نيويورك.

ومع ذلك ، ليس هناك الكثير من النجوم في السماء بهذا الحجم الواضح.

لذلك ، من أجل حل أقطار الزاوي الأصغر ، استخدم الفريق تلسكوبات شيرينكوف - وهي أدوات تراقب عادةً التوهج المزرق القصير والضعيف للغاية الذي تخلقه جسيمات الطاقة العالية وأشعة جاما أثناء مرورها عبر الغلاف الجوي للأرض.

قد لا تنتج مناظير شيرينكوف أفضل الصور الضوئية ، ولكن بفضل سطح المرآة الضخم - المقسم بطريقة مماثلة لعين الحشرة - فهي حساسة للغاية للتغيرات السريعة للضوء. يتضمن ضوء النجوم.

تلسكوبات فيريتاس (جامعة شيكاغو)

باستخدام التلسكوبات الأربعة الكبيرة VERITAS في مرصد فريد لورنس ويبل في أريزونا ، يمكن للفريق أن يكتشف بوضوح نمط الحيود للنجمة TYC 5517–227–1 الماضية حيث تم إبطالها بواسطة الكويكب الذي يبلغ طوله 60 كيلومترًا في 22 فبراير 2018 .

مع تلسكوبات VERITAS التي تتيح للفريق التقاط 300 لقطة كل ثانية ، تمكنوا من إعادة بناء ملف تعريف السطوع لنموذج الحيود بدقة عالية. أسفر ذلك عن قطر زاوي - أو ظاهر - للنجم يبلغ 0.125 مللي ثانية. جنبا إلى جنب مع مسافة 2674 سنة ضوئية - وهذا يعني أن قطر النجم الحقيقي هو أحد عشر مرة من شمسنا.

وقد سمح ذلك لعلماء الفلك بتصنيف النجم - الذي كان فصله غامضاً حتى تلك النقطة - كنجم عملاق أحمر.

كرر الباحثون هذا الانجاز بعد ثلاثة أشهر في 22 مايو 2018 ، عندما وقع نجم الكويكب بينيلوب الذي يبلغ قطره 88 كم على النجم TYC 278–748–1.

هذه المجموعة الثانية من القياسات ، والتي أسفرت عن قياس يوضح الحجم الزاوي 0.094 مللي ثانية وقطرها الحقيقي 2.17 مرة من شمسنا. في هذه المناسبة ، تمكن الفريق من مقارنة القطر بتقدير سابق استنادًا إلى الخصائص الأخرى - التي وضعت قطرها عند 2.173 ضعف القطر الشمسي. لذلك أكدت مجموعتا القياسات بعضهما البعض بدرجة مثيرة للإعجاب - على الرغم من أن التقدير السابق لم يعتمد على القياس المباشر.

يتابع دانيال: "هذا هو أصغر حجم زاوي لنجم يتم قياسه مباشرة.

"إن تحديد ملامح إنسداد الكويكبات للنجوم باستخدام تلسكوبات شيرينكوف يوفر دقة أفضل بعشرة أضعاف من طريقة الإطباق على القمر. أيضا ، هو ضعف ما لا يقل عن قياسات حجم التداخل المتاحة. "

يشير دانيال إلى أن الخطوة التالية للفريق هي تحسين حالة عدم اليقين في قياساتهم: "نتوقع أن هذا يمكن تحسينه بشكل ملحوظ عن طريق تحسين الإعداد ، على سبيل المثال تضييق طول موجة الألوان المسجلة. ونظرًا لأن الأطوال الموجية المختلفة مختلفة عن بعضها البعض ، يتم تلطيخ النموذج إذا تم تسجيل الكثير من الألوان في نفس الوقت. "

يقدر العلماء أن التلسكوبات المناسبة يمكنها مشاهدة أكثر من انسداد كويكب واحد في الأسبوع. يلخص حسن: “دراستنا التجريبية تضع طريقة جديدة لتحديد القطر الحقيقي للنجوم. نظرًا لأن النجم نفسه يبدو أصغر حجمًا بعيدًا ، فإن الانتقال إلى أقطار زاوية أصغر يعني أيضًا توسيع نطاق المراقبة

"نحن نقدر أن طريقتنا يمكن أن تحلل النجوم ما يصل إلى عشرة أضعاف المسافة البعيدة التي تسمح بها طريقة الغلق القمرية القياسية. إجمالاً ، يمكن أن تقدم التقنية بيانات كافية للدراسات السكانية.

دراسة أصلية: الطبيعة الفلكية ، 2019 ؛ DOI: 10.1038 / s41550–019–0741-z