Utilizzo di asteroidi per misurare la dimensione di stelle distanti

Le ombre proiettate dagli asteroidi costituiscono la base di un nuovo entusiasmante metodo che consente agli astronomi di determinare la dimensione delle stelle distanti

Quando un asteroide passa davanti a una stella, il modello di diffrazione risultante (qui molto esagerato) può rivelare la dimensione angolare della stella (DESY, Lucid Berlin)

Le capacità uniche dei telescopi progettati per rilevare i raggi gamma cosmici sono state utilizzate dagli scienziati per misurare la dimensione apparente più piccola di una stella nel cielo notturno fino ad oggi.

Le misurazioni - effettuate con il sistema di array di telescopi per imaging a radiazione molto energetica (VERITAS) - rivelano i diametri di una stella gigante distante 2674 anni luce e di una stella simile al sole a una distanza di 700 anni luce.

Lo studio stabilisce un nuovo entusiasmante metodo per gli astronomi per determinare la dimensione delle stelle, il team internazionale - guidato da Tarek Hassan del DESY e Michael Daniel del Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO) - riferisce sulla rivista Nature Astronomy.

Poiché la maggior parte delle stelle è troppo lontana per essere risolta anche dai migliori telescopi ottici, il team ha utilizzato un fenomeno ottico chiamato diffrazione per misurare il diametro della stella.

Questo effetto utilizza la natura ondulatoria della luce che può essere vista quando un oggetto, come un asteroide, passa davanti a una stella.

Hassan spiega: “Le ombre incredibilmente deboli degli asteroidi passano su di noi ogni giorno. Ma il bordo della loro ombra non è perfettamente nitido. Invece, le rughe di luce circondano l'ombra centrale, come increspature dell'acqua. "

Questo fenomeno ottico è noto come un modello di diffrazione riprodotto nei laboratori scolastici di tutto il mondo semplicemente puntando un laser su un bordo affilato. La forma del modello risultante può rivelare la dimensione angolare della sorgente luminosa. Tuttavia, a differenza del laboratorio scolastico, il modello di diffrazione di una stella occultata da un asteroide è molto difficile da misurare.

Daniel continua: “Queste occultazioni di asteroidi sono difficili da prevedere. E l'unica possibilità per catturare il modello di diffrazione è fare istantanee molto veloci quando l'ombra attraversa il telescopio. "

Gli astronomi hanno usato una tecnica simile a questa prima, misurando la dimensione angolare delle stelle occultate dalla luna. Questo metodo funziona fino a diametri angolari di circa un millesimo di secondo - circa la dimensione apparente di una moneta da due centesimi in cima alla Torre Eiffel a Parigi, come visto da New York.

Tuttavia, non molte stelle nel cielo hanno quella dimensione apparente.

Quindi, al fine di risolvere diametri angolari anche più piccoli, il team ha impiegato i telescopi Cherenkov, strumenti che normalmente prestano attenzione al bagliore bluastro estremamente breve e debole che le particelle ad alta energia e i raggi gamma creano mentre attraversano l'atmosfera terrestre.

I telescopi Cherenkov potrebbero non produrre le migliori immagini ottiche, ma grazie alla loro enorme superficie a specchio, segmentata in modo simile all'occhio di un insetto, sono estremamente sensibili alle rapide variazioni di luce. Ciò include la luce delle stelle.

Telescopi VERITAS (Chicago University)

Utilizzando i quattro grandi telescopi VERITAS presso il Fred Lawrence Whipple Observatory in Arizona, il team ha potuto rilevare chiaramente il modello di diffrazione della stella TYC 5517–227–1 mentre passava mentre veniva occultato dall'asteroide Imprinetta di 60 chilometri il 22 febbraio 2018 .

Con i telescopi VERITAS che consentono al team di scattare 300 istantanee al secondo, sono stati in grado di ricostruire il profilo di luminosità del modello di diffrazione con elevata precisione. Ciò ha comportato un diametro angolare - o apparente - della stella di 0,125 milliarcecondi. Insieme alla sua distanza di 2674 anni luce, il che significa che il diametro reale della stella è undici volte quello del nostro sole.

Ciò ha permesso agli astronomi di catagorizzare la stella - la cui classe era stata ambigua fino a quel momento - come una stella gigante rossa.

I ricercatori hanno ripetuto l'impresa tre mesi dopo, il 22 maggio 2018, quando l'asteroide Penelope con un diametro di 88 chilometri ha occultato la stella TYC 278–748–1.

Questa seconda serie di misurazioni, risultante in una misura che mostra una dimensione angolare di 0,094 milliarcecondi e un diametro reale di 2,17 volte quello del nostro sole. In questa occasione, il team è stato in grado di confrontare il diametro con una stima precedente basata su altre caratteristiche, che ha posizionato il suo diametro a 2,173 volte il diametro solare. Quindi le due serie di misurazioni si sono confermate in modo impressionante - anche se la stima precedente non si era basata sulla misurazione diretta.

Daniel continua: “Questa è la dimensione angolare più piccola di una stella mai misurata direttamente.

“La profilatura delle occultazioni di asteroidi delle stelle con i telescopi Cherenkov offre una risoluzione dieci volte migliore rispetto al metodo di occultazione lunare standard. Inoltre, è almeno due volte più nitido delle misure interferometriche disponibili. "

Daniel sottolinea che il prossimo passo per il team è migliorare l'incertezza nelle loro misurazioni: “Ci aspettiamo che questo possa essere notevolmente migliorato ottimizzando il set-up, ad esempio restringendo la lunghezza d'onda dei colori registrati. Poiché diverse lunghezze d'onda sono diffratte in modo diverso, il motivo viene sbavato se vengono registrati troppi colori contemporaneamente ”.

Gli scienziati stimano che i telescopi adatti potrebbero visualizzare più di un'occultazione di asteroidi alla settimana. Hassan riassume: “Il nostro studio pilota stabilisce un nuovo metodo per determinare il diametro reale delle stelle. Poiché la stessa stella appare più piccola quanto più è lontana, spostarsi su diametri angolari più piccoli significa anche estendere il raggio di osservazione

“Stimiamo che il nostro metodo sia in grado di analizzare le stelle fino a dieci volte più lontano di quanto consentito dal metodo di occultazione lunare standard. Complessivamente, la tecnica può fornire dati sufficienti per gli studi sulla popolazione ".

Studio originale: Nature Astronomy, 2019; DOI: 10.1038 / s41550–019–0741-z