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利用小行星测量遥远恒星的真实直径!

2019-09-02来源:铜仁汽车网

利用专门研究宇宙伽马射线望远镜的独特功能,科学家们测量了迄今为止夜空中恒星的最小表观尺寸。用高能辐射成像望远镜阵列系统(VERITAS)进行测量揭示了2674光年外的一颗巨星和700光年外一颗类太阳恒星的直径。

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这项研究为天文学家确定恒星的大小建立了一种新方法,由DESY的Tarek Hassan和来自史密森天体物理天文台(SAO)的Michael Daniel领导的国际团队在《自然天文学》上发表了成功。。天空中几乎所有的星星都太遥远,即使是最好的光学望远镜也无法分辨。

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博科园:为了克服这个限制,科学家们使用了一种叫做衍射的光学现象来测量恒星直径。这种效应说明了光的波动特性,当一个物体,比如一颗小行星,经过一颗恒星的前面时就会发生这种现象。小行星的阴影每天都在我们头顶上掠过。但它们的影子边缘并不十分锐利。相反,光线的褶皱环绕着中心的阴影,就像水波纹一样。这是一种被称为衍射图样的普通光学现象,在任何一所学校的实验室里,激光击中锋利的边缘都能再现这种现象。研究人员利用了图案形状可以揭示光源的角度大小这一事实。

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  • 当一颗小行星经过一颗恒星的前面时,由此产生的衍射图样,可以揭示恒星的角尺寸。图片:DESY, Lucid Berlin

然而,与学校实验室不同的是,被小行星掩住的恒星衍射图样很难测量。这些小行星的掩星很难预测,捕捉衍射图样的唯一机会是当阴影扫过望远镜时拍出非常快的快照。天文学家已经用这种方法测量了被月球遮挡的恒星角度大小。这种方法可以精确到角直径约1毫弧秒,从纽约看,这个角直径大约相当于一枚两美分硬币在巴黎埃菲尔铁塔上的表面大小。然而,天空中没有多少星星是那么“大”的。为了解决更小的角直径,研究小组使用了切伦科夫望远镜。这些仪器通常会注意来自宇宙的高能粒子和伽马射线在遇到地球大气层并在大气层中快速运动时所产生的极短且微弱的蓝光。

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切伦科夫望远镜不能产生最好的光学图像,但由于它们巨大的镜面,通常像苍蝇的眼睛一样被分割成六边形,它们对包括星光在内的快速变化的光非常敏感。2018年2月22日,美国亚利桑那州弗雷德·劳伦斯·惠普尔天文台的4架大型VERITAS望远镜发现了一颗名为TYC 5517-227-1恒星被一颗直径60公里的小行星Imprinetta遮挡,从而清晰地探测到了这颗恒星的衍射图样。VERITAS望远镜允许每秒拍摄300张快照。根据这些数据,可以高精度地重建衍射图的亮度剖面,从而使恒星的角或表观直径达到0.125毫弧秒。

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加上它2674光年的距离,这意味着这颗恒星真实直径是我们太阳直径的11倍。有趣的是,这个结果将之前分类模糊的恒星归类为红巨星。三个月后,2018年5月22日,直径88公里的小行星佩内洛普遮盖了TYC 278-748-1,研究人员重复了这一壮举。测量结果是角的大小为0.094毫弧秒,实际直径是太阳的2.17倍。这一次,研究小组可以根据这颗恒星的其他特征,将其直径与之前的估计进行比较,之前的估计是太阳直径的2.173倍。这是直接测量过的恒星中最小角尺寸,用切伦科夫望远镜分析小行星的掩星,其分辨率比标准月球掩星方法高十倍。而且,清晰度至少是现有干涉尺寸测量的两倍。

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正如作者所写,这些测量值的不确定性约为10%,研究人员也希望通过优化设置,比如缩小所记录颜色的波长,可以显著改善这种情况。由于不同的波长有不同衍射,如果同时记录了太多的颜色,图案就会被抹去。初步研究建立了一种确定恒星真实直径的新方法,科学家们估计,合适的望远镜每周可以观测到一颗以上的小行星掩星。由于同一颗恒星离我们越远,看起来就越小,所以向更小的角直径移动也意味着扩大观测范围。新方法可以分析十倍于标准月球掩星方法的恒星。总之,这项技术可以为恒星研究提供足够的数据。

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博科园-科学科普|研究/来自: Deutsches Elektronen-Synchrotron

参考期刊文献:《Nature Astronomy》

DOI: 10.1038/s41550-019-0741-z

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