Mitata tähtien lämpötila 0,1 °C tarkkuudella

Tähtitieteilijät tutkivat tähtiä spektroskopialla, joka mahdollistaa niiden lähettämän valon analysoinnin kaikissa väreissä. Étienne Artigaun, Trottierin eksoplaneettatutkimusinstituutin (iREx) tutkijan, johtama tiimi on kehittänyt menetelmän, jolla voidaan erottaa tähden spektristä sen lämpötilan vaihtelu, kymmenesosa Celsius-asteen tarkkuudella, eri aikaskaaloilla.


"Seuraamalla tähtien lämpötilaa voimme oppia niistä paljon: niiden kiertoaika, tähtien aktiivisuus, magneettikenttä. Tämä intiimi tieto tähdistä on myös olennaista niiden planeettojen löytämiseksi ja tutkimiseksi", selittää tutkija.

Astronomical Journal -lehdessä pian julkaistavassa artikkelissa tekniikan tehokkuus ja monipuolisuus osoitetaan neljän hyvin erilaisen tähden havainnoilla, jotka on tehty Canada-France-Hawaii-teleskoopilla ja La Sillan 3,6 metrin teleskoopilla.

Tuntemalla tähdet tuntemaan niiden planeetat

Tiimi keskittyi aluksi tähtien spektriin parantaakseen eksoplaneettojen havaitsemista nopeusmittausmenetelmällä. Tämä menetelmä koostuu tähden pienen heilahtelun mittaamisesta, joka johtuu sen ympärillä kiertävän planeetan gravitaatiovetovoimasta.

Mitä paremmin pystytään mittaamaan tähden nopeuden pieniä vaihteluita, sitä paremmin voidaan havaita pienimassaisia planeettoja. Étienne Artigau ja hänen tiiminsä ovat kehittäneet nopeusmittaustekniikan, joka hyödyntää koko tähden spektriä, eikä vain joitakin osia, kuten oli tapana, jotta voidaan havaita yhtä vähän massiivisia planeettoja kuin Maa pienten tähtien ympärillä.

Tämän tekniikan menestyksestä inspiroituneena tutkija sai idean hyödyntää samanlaista strategiaa määrittääkseen ei tähtien nopeuden vaihteluita, vaan niiden lämpötilan vaihteluita.

Tämä mittaus osoittautuu yhtä tärkeäksi eksoplaneettojen tutkimuksessa, joita tarkkaillaan useimmiten epäsuorasti seuraamalla tarkasti niiden tähteä. Viime vuosina tähtitieteilijät ovat törmänneet vaikeuteen erottaa havainnoissaan, mikä kuuluu tähteen ja mikä sen planeettoihin. Tämä osoittautuu ongelmaksi sekä eksoplaneettojen löytämisessä nopeusmittausmenetelmällä että niiden ilmakehän tutkimisessa transitiospektroskopialla.

"On erittäin vaikeaa vahvistaa eksoplaneetan olemassaoloa tai tutkia sen ilmakehää tuntematta tarkasti isäntätähden ominaisuuksia ja niiden ajallista vaihtelua. Tämä uusi tekniikka tarjoaa meille korvaamattoman työkalun varmistaaksemme, että eksoplaneetoista saamamme tiedot ovat vankkoja ja että voimme mennä pidemmälle niiden karakterisoinnissa", toteaa Charles Cadieux, iRExin tohtorikoulutettava, joka on osallistunut tutkimukseen.

Ennennäkemätön tarkkuus

Tähtien pintalämpötila on perustavanlaatuinen ominaisuus, jonka tähtitieteilijät haluavat mitata, koska sen avulla voidaan päätellä niiden kirkkaus ja kemiallinen koostumus. Parhaimmillaan tähden tarkka lämpötila voidaan tuntea noin 20 °C:n tarkkuudella.

Tämän uuden tekniikan avulla ei keskitytä tarkkoihin lämpötiloihin, vaan niiden ajallisiin vaihteluihin. Ja ne pystytään mittaamaan huomattavalla tarkkuudella.

"Emme tiedä, onko tähti 5000 vai 5020 °C, mutta voimme tietää, onko sen lämpötila noussut tai laskenut asteen tai jopa vähemmän! Kukaan ei ollut koskaan onnistunut tässä. Tällaisen lämpötilan muutoksen määrittäminen on jo suuri haaste ihmiskeholle, joten kuvittele kaasupallolle, joka on tuhansia asteita ja kymmenien valovuosien päässä!" innostuu Étienne Artigau.

Uusi tehokas ja monipuolinen tekniikka

Todistaakseen tekniikkansa toimivuuden tähtitieteilijät käyttivät havaintoja, jotka on tehty SPIRou-spektrografilla (Canada-France-Hawaii-teleskooppi) ja HARPS-spektrografilla (Euroopan eteläisen observatorion 3,6 metrin teleskooppi).

Näiden kahden teleskoopin saaduissa tiedoissa neljästä pienestä aurinkokunnan naapuruston tähdestä tiimi pystyy näkemään selvästi lämpötilan muutoksia, jotka se toisinaan liittää tähtien kiertoon, toisinaan siihen, mitä niiden pinnalla tai ympäristössä tapahtuu.


Uusi tekniikka mahdollistaa suurten lämpötilavaihteluiden mittaamisen. AU Microscopii -tähdelle, joka tunnetaan erittäin suuresta tähtien aktiivisuudestaan, tiimi kirjaa lähes 40 °C:n vaihteluita.

Tämän tekniikan ansiosta voidaan havaita sekä erittäin nopeita muutoksia, kuten niitä, jotka johtuvat AU Microscopiin tai Epsilon Eridanin muutaman päivän kiertymisestä itsensä ympäri, että niitä, jotka tapahtuvat paljon pidemmällä aikavälillä, mikä on erittäin vaikea saavutus maasta käsin toimivilla teleskoopeilla.

"Voimme mitata muutoksia, jotka ovat muutaman asteen tai vähemmän ja jotka tapahtuvat hyvin pitkillä aikaväleillä, esimerkiksi niitä, jotka liittyvät Barnardin tähden kiertoon, hyvin rauhalliseen tähteen, joka kiertyy itsensä ympäri viidessä kuukaudessa", mainitsee Étienne Artigau. Tämän hienovaraisen ja hyvin hitaan vaihtelun mittaamiseksi oli aikoinaan turvauduttava Hubbleen!"