Gökbilimcilerin yeni tekniği bir yıldızın sıcaklığını yüksek hassasiyetle ölçüyor

Gökbilimciler, yıldızları, yaydıkları farklı ışık renklerine bakarak incelerler; bu renkleri spektroskopi kullanarak yakalar ve analiz ederler. Şimdi, Université de Montréal’den Étienne Artigau liderliğindeki bir ekip, bir yıldızın spektrumunu kullanarak, bir dizi zaman ölçeğinde, sıcaklığındaki değişimleri bir santigrat derecenin en yakın onda birine kadar grafikleyen bir teknik geliştirdi.

“Bir yıldızın sıcaklığını izleyerek onun hakkında çok şey öğrenebiliriz, örneğin dönüş periyodu, yıldız aktivitesi, manyetik alanı,” diye açıklıyor UdeM’in Trottier Gezegen Araştırmaları Enstitüsü’nde (IREx) astrofizikçi olan Artigau. “Bu tür ayrıntılı bilgiler, bir yıldızın gezegenlerini bulmak ve incelemek için de önemlidir.”

Yayımlanmak üzere kabul edilen bir makalede Astronomi Dergisi ve şu anda mevcut üzerinde arXiv Ön baskı sunucusunda, Artigau ve ekibi, Hawaii’deki Kanada-Fransa-Hawaii Teleskobu ve Şili’nin La Silla kentindeki Avrupa Güney Gözlemevi’nin (ESO) 3,6 metrelik teleskobu kullanılarak yapılan dört çok farklı yıldızın gözlemlerini kullanarak tekniğin etkinliğini ve çok yönlülüğünü göstermektedir.

Spektrumları analiz etmek için daha iyi bir teknik

Bilim insanları, radyal hız kullanarak ötegezegen tespitini geliştirmek için ilk olarak dikkatlerini yıldız spektrumlarına çevirdiler. Bu yöntem, yörüngedeki bir gezegenin kütle çekim kuvveti tarafından üretilen bir yıldızdaki hafif salınımları ölçer. Salınımlar ne kadar büyükse, gezegen o kadar büyüktür.

Ancak çok küçük salınımları ve dolayısıyla düşük kütleli gezegenleri tespit etmek zordur. Bu sorunu aşmak için Artigau ve ekibi, daha önce bu yöntemle yapıldığı gibi bir yıldızın sadece birkaç bölümünü değil, tüm spektrumunu analiz eden radyal hız yöntemini kullanan bir teknik geliştirdi.

Bu, küçük yıldızların etrafında dönen Dünya kadar küçük gezegenlerin tespit edilmesini mümkün kılıyor. Artigau daha sonra, yalnızca bir yıldızın salınımlarındaki değil, aynı zamanda sıcaklığındaki değişimleri tespit etmek için de benzer bir strateji kullanma fikrini ortaya attı.

Yıldızlar ve gezegenleri arasındaki ayrım

Sıcaklık ölçümleri, çoğunlukla yıldızlarını yakından takip ederek dolaylı olarak gözlemlenen dış gezegenlerin aranmasında kritik öneme sahiptir. Son yıllarda, gökbilimciler büyük bir engele takıldılar: Bir yıldızın ve gezegenlerinin gözlemlenebilir etkileri arasında nasıl ayrım yapacakları.

Bu, hem radyal hız kullanılarak dış gezegenlerin aranmasında hem de geçiş spektroskopisi kullanılarak atmosferlerinin incelenmesinde karşılaşılan bir sorundur.

Çalışmaya katkıda bulunan IREx’teki doktora öğrencisi Charles Cadieux, “Bir dış gezegenin varlığını doğrulamak veya atmosferini incelemek, ev sahibi yıldızın özellikleri ve bunların zaman içinde nasıl değiştiği hakkında kesin bir bilgi olmadan çok zordur.” şeklinde açıkladı.

“Bu yeni teknik, dış gezegenler hakkındaki bilgimizin sağlam olduğundan emin olmak ve onların özelliklerinin karakterizasyonunu ilerletmek için bize paha biçilmez bir araç sunuyor.”

Rakipsiz hassasiyet

Bir yıldızın yüzey sıcaklığı, astronomların güvendiği temel bir özelliktir çünkü yıldızın parlaklığını ve kimyasal bileşimini belirlemek için kullanılabilir. En iyi ihtimalle, bir yıldızın kesin sıcaklığı yaklaşık 20°C’lik bir doğrulukla bilinebilir.

Ancak yeni teknik, kesin sıcaklıkları değil, zaman içindeki sıcaklık değişimlerini ölçüyor ve bunu da olağanüstü bir hassasiyetle belirleyebiliyor.

Artigau, “Bir yıldızın sıcaklığının 5.000°C mi yoksa 5.020°C mi olduğunu söyleyemeyiz, ancak bir derece, hatta bir derecenin çok küçük bir kısmı kadar arttığını veya azaldığını belirleyebiliriz. Bunu daha önce kimse yapmadı” dedi.

“İnsan vücudundaki bu kadar küçük sıcaklık değişimlerini tespit etmek zorlu bir iş, o yüzden onlarca ışık yılı uzaklıkta bulunan, sıcaklığı binlerce derece olan bir gaz topunun nasıl bir şey olduğunu hayal edin.”

Dört yıldıza dair benzersiz içgörüler

Araştırmacılar, tekniklerinin işe yaradığını göstermek için Kanada-Fransa-Hawaii Teleskobu’ndaki SPIRou spektrografı ve ESO’nun 3,6 metrelik teleskopundaki HARPS spektrografıyla alınan gözlemleri kullandılar.

Güneş komşuluğundaki dört küçük yıldızdan bu iki teleskopla toplanan verilerde, ekip, yıldızın dönüşüne veya yüzeyindeki veya çevresindeki ortamdaki olaylara bağladıkları sıcaklık değişimini açıkça görebildi.

Yeni teknik, sıcaklıktaki büyük değişimleri ölçmeyi mümkün kıldı. Yüksek yıldız aktivitesiyle bilinen AU Microscopii yıldızı için ekip, yaklaşık 40°C’lik değişimler kaydetti.

Bu teknikle, AU Microscopii ve Epsilon Eridani gibi birkaç günlük kısa dönüş periyotlarıyla ilişkili çok hızlı sıcaklık değişimlerini ölçmenin yanı sıra, yer tabanlı teleskoplar için zor bir başarı olan çok daha uzun zaman dilimlerinde meydana gelen sıcaklık değişimlerini de ölçebildiler.

“Barnard yıldızının dönüşüyle ​​ilişkili olanlar gibi çok uzun süreler boyunca meydana gelen birkaç derecelik veya daha az değişiklikleri ölçebildik. Barnard yıldızı, tam bir dönüşü tamamlaması beş ay süren çok sessiz bir yıldızdır,” diye açıkladı Artigau. “Daha önce, böylesine ince ve yavaş bir değişimi ölçmek için Hubble Uzay Teleskobu’nu kullanmak zorundaydık.”

Yeni teknik ayrıca yıldızların yüzeyindeki çok ince sıcaklık değişimlerini tespit etmeyi de mümkün kıldı. Örneğin, ekip, dev bir sıcak Jüpiter gezegeni olan HD 189733 b adlı dış gezegeninin yörüngesiyle çakışan HD 189733 yıldızındaki ince sıcaklık değişimlerini tespit etti.

Yeni ufuklar açıldı

UdeM araştırmacıları, tekniğin yalnızca SPIRou ve HARPS ile değil, görünür veya kızılötesi aralıkta çalışan herhangi bir spektrograf ile çalıştığını belirtiyor.

Yenilikçi teknik, geçen yıl Şili’deki ESO teleskopuna yerleştirilen bir spektrograf olan NIRPS’ten yapılan gözlemlere doğrudan uygulanabilecek. Araştırmacılara göre, bu tekniği James Webb Uzay Teleskobu gibi uzay tabanlı araçlarla kullanmak da mümkün olacak.

Artigau, “Bu tekniğin gücü ve çok yönlülüğü, çok sayıda gözlemevinden gelen mevcut verileri kullanarak daha önce algılanması çok zor olan değişimleri, hatta çok uzun zaman dilimlerinde bile tespit edebileceğimiz anlamına geliyor.” dedi.

“Bu, yıldızlar, onların aktiviteleri ve gezegenleri hakkındaki çalışmalarımızda yeni ufuklar açıyor.”