È stato appena scoperto un metodo semplice ma elegante per misurare la gravità superficiale di una stella. Sviluppata da un team di astronomi e guidata dal professore di fisica e astronomia di Vanderbilt, Keivan Stassun, questa nuova tecnica misura il "tremolio" di una stella.
Con un'incertezza che varia dal 50% al 200%, gli astronomi sono stati ansiosi di cogliere un nuovo modo di misurare la gravità superficiale di una stella che livellerà il campo di gioco. Ottenendo dati migliorati per un'ampia varietà di stelle a varie distanze, questo nuovo metodo potrebbe essere in grado di dimezzare la cifra di incertezza.
"Una volta che conosci la gravità della superficie di una stella, hai solo bisogno di un'altra misurazione, la sua temperatura, che è abbastanza facile da ottenere, per determinare la sua massa, dimensione e altre importanti proprietà fisiche", ha detto Stassun.
"Misurare bene le gravità della superficie stellare è sempre stato un affare difficile", ha aggiunto Gibor Basri, professore di astronomia all'Università della California, Berkeley, che ha contribuito allo studio. "Quindi è una sorpresa molto piacevole scoprire che il leggero sfarfallio della luce di una stella fornisce un modo relativamente semplice per farlo."
Proprio come possiamo attualmente misurare la gravità della superficie stellare? Fino ad ora, gli astronomi si basavano su tre metodi: fotometrico, spettroscopico e asteroseismico. Questo nuovo modo di misurare, noto come "metodo dello sfarfallio", è molto più semplicistico rispetto ai metodi precedenti ed è in realtà più preciso di due di essi. Diamo un'occhiata a tutti e tre i metodi attualmente accettati ...
Per la fotometria, si osserva quanto una stella brilla in vari colori. Come un grafico, questi schemi rivelano composizione chimica, temperatura e gravità della superficie. In grado di essere utilizzato su stelle deboli, i dati fotometrici sono facili da osservare, ma non sono molto precisi. Varia con un'incertezza dal 90 al 150 percento. Simile alle osservazioni fotometriche, la tecnica spettroscopica dà uno sguardo al colore, ma molto più da vicino alle emissioni elementali dell'atmosfera stellare. Mentre ha un tasso di incertezza inferiore dal 25 al 50 percento, è limitato alle stelle più luminose. Come un codice a barre, misura la gravità superficiale in base all'ampiezza delle linee spettrali: la gravità elevata viene divisa a parte, mentre la gravità inferiore è stretta. In asteroseismologia, la precisione si riduce di solo un po 'per cento, ma le misurazioni sono difficili da ottenere e si limitano a stelle luminose vicine. In questa tecnica, viene misurato il suono che attraversa l'interno stellare e vengono individuate le frequenze specifiche associate alla gravità della superficie. Le stelle giganti pulsano naturalmente a un tono basso mentre le stelle piccole riverberano a un tono più alto. Immagina il gong di una grande campana al contrario del tintinnio di una piccola.
Allora, cos'è lo sfarfallio? Nel metodo dello sfarfallio, vengono misurate le differenze di luminosità della stella, in particolare le variazioni che si verificano in otto o meno ore. Queste variazioni sembrerebbero essere legate alla granulazione superficiale, l'interconnessione delle "cellule" che ricoprono la superficie stellare. Queste regioni sono formate da colonne di gas che salgono dal basso. Per le stelle che hanno un'elevata gravità superficiale, la granulazione sembra essere più fine e sfarfallano più rapidamente, mentre le stelle con una bassa gravità superficiale mostrano granulazione grossolana e sfarfallio lentamente. Lo sfarfallio della registrazione è un processo semplice, che coinvolge solo cinque righe di codice per creare una misurazione di base. Grazie alla sua facilità e semplicità, riduce non solo le spese per ottenere dati, ma elimina anche gran parte dello sforzo necessario per misurare la gravità superficiale di un gran numero di stelle.
“I metodi spettroscopici sono come un intervento chirurgico. L'analisi è meticolosa e coinvolta e molto dettagliata ", ha affermato Stassun. “Lo sfarfallio è più simile agli ultrasuoni. Fai semplicemente scorrere la sonda sulla superficie e vedi cosa devi vedere. Ma il suo potere diagnostico - almeno allo scopo di misurare la gravità - è buono se non migliore. "
Il metodo dello sfarfallio è preciso? Posizionando le misure fianco a fianco con l'asterosismologia, i ricercatori hanno determinato che ha un fattore di incertezza inferiore al 25 percento, migliore dei risultati sia spettroscopici che fotometrici. La sua unica caratteristica negativa è che richiede dati precisi presi per lunghi periodi di tempo. Tuttavia, uno strumento speciale, Keplero, ha già fornito una grande quantità di informazioni che possono essere riciclate. Grazie alle sue decine di migliaia di osservazioni di stelle monitorate per gli esopianeti, i dati di Keplero sono prontamente disponibili per futuri esami di sfarfallio.
"La squisita precisione dei dati di Kepler ci consente di monitorare le onde e le onde sulla superficie delle stelle", ha dichiarato il membro del team Joshua Pepper, assistente professore di fisica presso la Lehigh University. "Questo comportamento provoca sottili cambiamenti alla luminosità di una stella nella scala temporale di alcune ore e ci dice in dettaglio quanto lontani sono questi astri nelle loro vite evolutive".
Come è stato scoperto lo sfarfallio? La studentessa laureata Fabienne Bastien è stata la prima a notare qualcosa di diverso durante l'utilizzo di speciali software di visualizzazione per esaminare i dati di Keplero. Questo software, sviluppato dagli astronomi di Vanderbilt, era originariamente destinato allo studio di grandi set di dati astronomici multidimensionali. (Lo strumento di visualizzazione dei dati che ha consentito questa scoperta, chiamato Filtergraph, è gratuito per il pubblico.)
"Stavo tramando vari parametri alla ricerca di qualcosa che fosse correlato alla forza dei campi magnetici delle stelle", ha detto Bastien. "Non l'ho trovato, ma ho trovato un'interessante correlazione tra determinati schemi di sfarfallio e gravità stellare."
Bastien ha quindi riferito la sua scoperta a Stassun. Altrettanto curioso, la coppia decise quindi di provare il nuovo metodo su curve di luce di Keplero archiviate di diverse centinaia di stelle simili al sole. Secondo il comunicato stampa, quando hanno mappato la luminosità media di una particolare stella rispetto alla sua intensità di sfarfallio, hanno notato uno schema. “Con l'avanzare dell'età delle stelle, la loro variazione complessiva scende gradualmente al minimo. Ciò è facilmente comprensibile perché la velocità con cui una stella gira diminuisce gradualmente nel tempo. Mentre le stelle si avvicinano a questo minimo, il loro sfarfallio inizia a crescere in complessità - una caratteristica che gli astronomi hanno etichettato "crackle". Una volta raggiunto questo punto, che chiamano il pavimento tremolante, le stelle sembrano mantenere questo basso livello di variabilità per il resto della loro vita, sebbene sembri crescere di nuovo mentre le stelle si avvicinano alle estremità della loro vita come stelle giganti rosse “.
"Questo è un nuovo modo interessante di vedere l'evoluzione stellare e un modo per mettere la futura evoluzione del nostro Sole in una prospettiva più ampia", ha detto Stassun.
Qual è il futuro del nostro Sole secondo lo sfarfallio? Quando i ricercatori hanno campionato la curva della luce del Sole, l'hanno trovata "sospesa appena sopra il pavimento tremolante". Questa misurazione li porta a ipotizzare che Sol si trasformerà in uno "stato di minima variabilità e, nel processo, perderà i suoi punti". Potrebbe essere questo il motivo per cui non vediamo quanta attività ci si aspetta durante il tempo massimo solare attuale, o è solo una nuova teoria in cui è troppo presto per fare ipotesi? Chiameremo il tuo sfarfallio e ti aumenteremo di due punti ...
Fonte originale della storia: Vanderbilt News Release.
