Evren yaşı ve genişleme hesaplamalarını iyileştirmek için yakındaki yıldızların parlaklığını kalibre etmek

Bir resim bin kelimeye bedel olabilir, ancak gökbilimciler için sadece yıldızların ve galaksilerin görüntülerini kaydetmek yeterli değildir. Gök cisimlerinin gerçek boyutunu ve mutlak parlaklığını (parlaklığını) ölçmek için, gökbilimcilerin bu nesnelere olan mesafeyi doğru bir şekilde ölçmeleri gerekir. Bunu yapmak için, araştırmacılar “standart mumlara” – parlaklıkları o kadar iyi bilinen yıldızlara güveniyorlar ki, bunlar bilinen watt değerine sahip ampuller gibi davranıyorlar. Bir yıldızın Dünya’dan uzaklığını belirlemenin bir yolu, yıldızın gökyüzünde ne kadar parlak göründüğünü parlaklığıyla karşılaştırmaktır.

Ancak standart mumların bile kalibre edilmesi gerekir. On yıldan fazla bir süredir, Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü’ndeki (NIST) bilim adamları, standart yıldızları kalibre etme yöntemlerini geliştirmek için çalışıyorlar. Parlaklıklarını bir dizi görünür ışık dalga boyu üzerinde kalibre etmek için yakınlardaki iki parlak yıldızı, Vega ve Sirius’u gözlemlediler. Araştırmacılar şimdi analizlerini tamamlıyor ve kalibrasyon verilerini önümüzdeki 12 ay içinde gökbilimcilere yayınlamayı planlıyorlar.

Kalibrasyon verileri, daha uzaktaki standart mumları (tip Ia süpernovalar olarak bilinen patlamış yıldızlar) kullanan gökbilimcilere, evrenin yaşını ve genişleme oranını belirlemede yardımcı olabilir. (Uzak tip Ia süpernovaların parlaklığını yakındakilerle karşılaştırmak, evrenin genişlemesinin beklendiği gibi yavaşlamadığını, aslında hızlandığını gösteren Nobel ödüllü keşfe yol açtı.)

Gökbilimciler, yakındaki ve uzaktaki tip Ia süpernovaların parlaklığını daha iyi karşılaştırmak için Vega ve Sirius’un NIST kalibrasyonlarını kullanabilir ve bu da evrenin genişlemesinin ve yaşının daha doğru ölçümlerine yol açabilir.

Devam eden NIST çalışmasında, bilim adamları, güney Arizona çölünde Hopkins Dağı’nın üzerine tasarladıkları ve yerleştirdikleri dört inçlik bir teleskopla yakındaki iki yıldızı gözlemliyorlar. John Woodward, Susana Deustua ve meslektaşları, Vega (25 ışıkyılı uzaklıkta) ve Sirius (8,6 ışıkyılı) tarafından yayılan ışığın tayfını veya renklerini tekrar tekrar gözlemlediler. Bir ışık yılı, ışığın boşlukta kat ettiği mesafe bir yıldır, 9,46 trilyon kilometredir.

Her gözlem gecesinin başında ve sonunda, araştırmacılar, yıldız spektrumlarını yapay bir yıldızınkiyle karşılaştırabilmeleri için teleskopu aşağı doğru eğerler – parlaklığı tam olarak ölçülmüş ve teleskoptan 100 metre uzağa yerleştirilmiş bir kuvars lamba.

Bilim adamları doğrudan karşılaştırmalar yapmadan önce, teleskopa ulaşmadan önce yıldız ışığının bir kısmını saçan ve emen Dünya atmosferinin etkisini hesaba katmalıdırlar. Yere dayalı lambadan gelen ışık, atmosferin tüm derinliği boyunca ilerlemese de, teleskoba yaptığı kısa, yatay yolculuk sırasında bir kısmı hava tarafından saçılır.

NIST ekibi, zemine dayalı ışığın ne kadarının lambadan saçıldığını değerlendirmek için, çıkışında ve 100 m uzaklıkta, lambanın bulunduğu yerde bir helyum-neon lazer tarafından üretilen gücün nispi oranını ölçer.

Araştırmacılar, Dünya atmosferine ne kadar yıldız ışığının kaybolduğunu belirlemek için, gece boyunca atmosferin farklı kalınlıklarından bakan, farklı yönlere işaret ederken teleskopa ulaşan yıldız ışığı miktarını kaydederler. Gece ilerledikçe teleskop tarafından kaydedilen ışık miktarındaki değişiklikler, gökbilimcilerin atmosferik absorpsiyonu düzeltmesine izin verir.

Vega ve Sirius kalibre edildikten sonra, gökbilimciler bu yıldızları diğer yıldızlardan gelen ışığı kalibre etmek için basamak taşları olarak kullanabilirler. Örneğin, araştırmacılar aynı teleskopu kullanarak biraz daha sönük yıldızları gözlemleyebilirler – bunlara Küme 2 adını verin. Bu sönük yıldızların parlaklıkları, referans standartlar olarak Vega ve Sirius kullanılarak kalibre edilebilir.

Gökbilimciler, hem yeni kalibre edilmiş 2. Set’i hem de daha sönük yıldızlardan oluşan bir grubu (bunlara Set 3 deyin) gözlemlemek için yeterince büyük bir teleskopa geçerek Set 3’ten gelen ışığı Set 2’ye göre kalibre edebilirler. Gökbilimciler işlemi gerektiği kadar tekrarlayabilirler. son derece uzak yıldızlardan gelen ışığı kalibre etmek için. Bu şekilde gökbilimciler, Vega ve Sirius’un NIST kalibrasyonunu binlerce ila milyonlarca ışıkyılı uzaklıkta bulunan yıldızlara aktarabilecekler.

Gelecek yıl, Deustua ve Woodward, şimdi NIST’de bulunan küçük teleskoplarını, kuzey Şili’nin yüksek irtifa çölündeki Avrupa Güney Gözlemevi’nin (ESO’lar) Paranal Gözlemevi’ne taşıyacaklar. Hopkins Dağı’ndan daha kuru bir iklime sahip olan Şili bölgesi, Sirius ve Vega’yı gözlemlemek için daha açık geceler ve ışığı emmek veya dağıtmak için daha az nem vaat ediyor. Teleskop, ESO’nun Çok Büyük Teleskopu’ndan uzakta bir dağın tepesinde, dört adet 8,2 m teleskop ve dört adet 1,2 m teleskoptan oluşan bir takımda bulunacak, böylece NIST’in kuvars lambasından gelen ışık, uzak galaksilerin gözlemlerini engellemeyecektir.

Ekip ayrıca yakınlardaki parlak yıldızlardan oluşan repertuarını Arcturus (37 ışıkyılı), Gamma Crucis (89 ışıkyılı) ve Gamma Trianguli Australis’i (184 ışıkyılı) içerecek şekilde genişletmeyi ve yıldızları daha uzun, kızılötesi dalga boylarında gözlemlemeyi planlıyor. . Yakın zamanda piyasaya sürülen James Webb Uzay Teleskobu ve on yılın sonunda piyasaya sürülecek olan Roma Uzay Teleskobu, evreni bu dalga boylarında incelemek için tasarlandı.

NIST araştırmacıları yakın zamanda daha sönük, daha uzak yıldızları gözlemleyip kalibre edebilecek daha büyük bir teleskop inşa etmek için tohum parası aldılar. Bu, gökbilimcilerin NIST kalibrasyonunu uzak standart mumlara daha doğrudan aktarmalarına olanak tanır. NIST tarafından gözlemlenen yıldızlar ile astronomların üzerinde çalıştığı yıldızlar arasındaki basamak sayısını azaltmak, kalibrasyon hatalarını azaltır.