Мерцание звезды раскрывает ее поверхностную гравитацию
Мерцайте, мерцайте маленькие звезды,
Теперь мы знаем, какова ваша поверхностная гравитация
Это обновление классического стишка был вдохновлено астрономами из США, которые с интуитивной прозорливостью нашли новый способ измерения силы тяжести на поверхности звезды. Поверхностная гравитация является ключевым параметром звезды и обретение нового способа определения его значения может привести к дальнейшему более глубокому изучению внесолнечных планет (экзопланет),- планет, обращающихся вокруг других звезд, а не Солнца.
Поверхностная гравитация важна, потому что она предоставляет информацию о двух фундаментальных свойствах звезды. Это ее масса ? управляющая поведением звезды, и ее диаметр, который может влиять на оценку размеров планет, возможно вращающихся вокруг нее.
Не удивительно, что звезда с наиболее точно известной поверхностной гравитацией является нашей собственной звездой. Солнце в 109 раз больше Земли и 332 946 раз более массивно и простые расчеты показывают, что вы будете весить в 28 раз больше там, чем здесь - если бы вы смогли пережить жару. Для более далеких звезд, поверхностную гравитацию можно оценить, используя спектроскопию, но только с точностью 25-50%.
Запятнанный Кеплером
Теперь, Фабьен Бастьен и Кайвэн Стассан из Университета Вандербильта в Нэшвилле, штат Теннесси, и его коллеги случайно наткнулись на новый метод, который может обеспечить точность 15-25%. История начинается с Бастьен, изучавшей данные полученные с космической обсерватории Кеплер, проводящей очень точные измерения яркости звезд. Основной задачей обсерватории Кеплер является обнаружение малейших провалов в яркости, возникающих, когда планеты проходят перед своими звездами.
Для некоторых звезд, Кеплер также обнаружил (внутренние) колебания в яркости и Бастьен заметила, что чем больше свет звезды мерцает с периодом в восемь часов, тем меньше тяжесть на ее поверхности. «Это произошло случайно», говорит Бастьен, аспирант, использующий данные с Кеплера для изучения магнитных полей звезд. «На самом деле я совершенно не знала, что с этим делать».
Стассан, ее консультант, вспоминает, что произошло дальше. «Она пришла ко мне в кабинет. Посмотрите на эту картинку, сказала она, это довольно интересно, но что это такое?»
Всплывающие пузыри
Бастьен и Стассан затем нащупали ответ. Большинство звезд, включая Солнце, имеют температуру поверхности менее 6500 К. Такие звезды имеют внешние конвективные слои: их поверхность кипит, как горшок с водой на горячей плите. Горячие пузырьки газа поднимаются на поверхность; холодные опускаются вниз.
Следуя закону Стефана-Больцмана, горячие пузырьки ярче, так что поверхность звезды выглядит гранулированной, с темными областями окружающими яркие места. Гранулы, как считают астрономы, вызывают мерцание света звезд. На звезде с высокой поверхностной гравитацией, как солнце, гранулы небольшие и производят только крошечные мерцания. В противоположность им, звезды с низкой поверхностной гравитацией, как например опухшие красные гиганты, имеет большие гранулы и, следовательно, больше мерцают.
«Удивительно хорошая, тесная корреляция»
«Это инновационный метод для измерения чего-то интересного, что будет иметь воздействие на целый ряд различных областей», говорит Марк Пинсоннеалт, астроном из Университета штата Огайо в Колумбусе, который не был связан с открытием. Он называет связь между звездными мерцаниями и поверхностной гравитацией «удивительно хорошо и тесно коррелированной».
«Метод мерцания значительно улучшит точность оценки диаметров планет», говорит Стассан. Хорошие оценки планетарных размеров помогут определить, является ли далекий мир газовым гигантом, как Юпитер, ледяным гигантом, как Нептун, или скалистой планетой как Земля. Ученые с Кеплера используют количество звездного света перекрываемого планетой, чтобы оценить ее размер по отношению к своей звезде. Так что для определения абсолютного размера планеты, требуется знать диаметр звезды, который поможет определить методика мерцания через тяжесть на поверхности.
Техника мерцания имеет свои ограничения. Она не будет работать для самых горячих звезд, внешние слои которых не пузырятся. Поэтому мерцают они мало и метод требует чувствительной аппаратуры типа той, что на космических кораблях типа Кеплер. На Кеплере недавно произошел крупный сбой, но НАСА планирует запустить преемника, спутник the Transiting Exoplanet Survey Spacecraft, в конце этого десятилетия.
Проще, но менее точно, чем астросейсмология
Техника не так точна, как астросейсмология, которая использует внутренние колебания звезды, чтобы получить поверхностную гравитацию. «Ничто не сравнится с астросейсмологией», говорит Стассан. «Это действительно является золотым стандартом». Но измерить мерцания гораздо легче, чем провести астросейсмологические измерения.
Новая работа также предполагает, что Солнце когда-нибудь потеряет свои пятна. Молодые похожие на Солнце звезды имеют сильные магнитные поля, которые усеивают их поверхности пятнами и вспышками, производящими намного больше пульсаций, чем мерцания. Но по мере старения звезд, их магнитная деятельность истощается. В конечном счете, они достигают состояния, которое Бастьен и ее коллеги называют «мерцание пола»: нет пятен покрывающих их поверхности и вся изменчивость возникает из гранул.
По минимуму солнечных пятен, наша звезда уже близка к этой стадии мерцания. Когда Солнце полностью будет без пятен? «Я думаю, что речь можно вести, вероятно, о миллиарде лет», говорит Стассан.