Menggunakan Asteroid untuk mengukur ukuran bintang yang jauh

Bayangan yang dilemparkan oleh asteroid membentuk dasar dari metode baru yang menarik yang memungkinkan para astronom menentukan ukuran bintang yang jauh

Ketika asteroid lewat di depan bintang, pola difraksi yang dihasilkan (di sini sangat dilebih-lebihkan) dapat mengungkapkan ukuran sudut bintang (DESY, Lucid Berlin)

Kemampuan unik teleskop yang dirancang untuk mendeteksi sinar gamma kosmik telah digunakan oleh para ilmuwan untuk mengukur ukuran bintang terkecil di langit malam.

Pengukuran - yang diambil dengan Sistem Array Teleskop Pencitraan Radiasi Sangat Energi (VERITAS) - mengungkapkan diameter bintang raksasa yang berjarak 2674 tahun cahaya dan bintang seperti matahari pada jarak 700 tahun cahaya.

Studi ini menetapkan metode baru yang menarik bagi para astronom untuk menentukan ukuran bintang, tim internasional - dipimpin oleh Tarek Hassan dari DESY dan Michael Daniel dari Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO) - melaporkan dalam jurnal Nature Astronomy.

Karena sebagian besar bintang terlalu jauh untuk diselesaikan bahkan oleh teleskop optik terbaik, tim menggunakan fenomena optik yang disebut difraksi untuk mengukur diameter bintang.

Efek ini memanfaatkan sifat gelombang cahaya yang dapat dilihat ketika suatu benda, seperti asteroid, lewat di depan bintang.

Hassan menjelaskan: “Bayangan asteroid yang sangat samar melewati kita setiap hari. Tapi tepi bayangan mereka tidak terlalu tajam. Sebaliknya, kerutan cahaya mengelilingi bayangan pusat, seperti riak air. "

Fenomena optik ini dikenal sebagai pola difraksi yang direproduksi di laboratorium sekolah di seluruh dunia hanya dengan mengarahkan laser pada ujung yang tajam. Bentuk pola yang dihasilkan dapat mengungkapkan ukuran sudut sumber cahaya. Namun, berbeda dari lab sekolah, pola difraksi bintang yang terselubung asteroid sangat sulit diukur.

Daniel melanjutkan: “Okultasi asteroid ini sulit diprediksi. Dan satu-satunya kesempatan untuk menangkap pola difraksi adalah membuat snapshot sangat cepat ketika bayangan menyapu teleskop. "

Para astronom telah menggunakan teknik yang sama dengan ini sebelumnya, mengukur ukuran sudut bintang yang tersembunyi oleh bulan. Metode ini bekerja hingga diameter sudut sekitar satu mili detik - kira-kira seukuran koin dua sen di atas Menara Eiffel di Paris seperti yang terlihat dari New York.

Namun, tidak banyak bintang di langit memiliki ukuran semu itu.

Jadi, untuk menyelesaikan diameter sudut yang lebih kecil, tim menggunakan teleskop Cherenkov - instrumen yang biasanya mengawasi cahaya kebiruan yang sangat pendek dan samar yang dihasilkan oleh partikel energi tinggi dan sinar gamma saat mereka melewati atmosfer Bumi.

Teleskop Cherenkov mungkin tidak menghasilkan gambar optik terbaik, tetapi berkat permukaan cerminnya yang besar - tersegmentasi dengan cara yang mirip dengan mata serangga - mereka sangat sensitif terhadap variasi cahaya yang cepat. Itu termasuk cahaya bintang.

VERITAS teleskop (Universitas Chicago)

Dengan menggunakan empat teleskop VERITAS besar di Observatorium Fred Lawrence Whipple di Arizona, tim ini dapat dengan jelas mendeteksi pola difraksi bintang TYC 5517–227–1 yang menyapu masa lalu karena dihambat oleh asteroid asteroid Imprinetta pada 22 Februari 2018 .

Dengan teleskop VERITAS memungkinkan tim mengambil 300 foto setiap detik, mereka dapat merekonstruksi profil kecerahan pola difraksi dengan akurasi tinggi. Ini menghasilkan diameter sudut - atau jelas - bintang dari 0,125 mili detik. Bersama dengan jaraknya 2674 tahun cahaya - artinya diameter sebenarnya bintang itu sebelas kali lipat dari matahari kita.

Hal ini memungkinkan para astronom mengkategorikan bintang - yang kelasnya ambigu sampai saat itu - sebagai bintang raksasa merah.

Para peneliti mengulangi prestasi itu tiga bulan kemudian pada 22 Mei 2018, ketika asteroid Penelope dengan diameter 88 kilometer menghiasi bintang TYC 278-748-1.

Set pengukuran kedua ini, menghasilkan pengukuran yang menunjukkan ukuran sudut 0,094 miliar detik dan diameter sebenarnya 2,17 kali lipat dari matahari kita. Pada kesempatan ini, tim dapat membandingkan diameter dengan perkiraan sebelumnya berdasarkan karakteristik lain - yang menempatkan diameternya di 2,173 kali diameter matahari. Jadi dua set pengukuran mengkonfirmasi satu sama lain ke tingkat yang mengesankan - meskipun, estimasi sebelumnya tidak didasarkan pada pengukuran langsung.

Daniel melanjutkan, ”Ini adalah ukuran sudut terkecil dari sebuah bintang yang pernah diukur secara langsung.

“Membuat profil okultasi asteroid bintang dengan teleskop Cherenkov memberikan resolusi sepuluh kali lebih baik daripada metode okultasi bulan standar. Juga, setidaknya dua kali lebih tajam dari pengukuran ukuran interferometrik yang tersedia. "

Daniel menunjukkan bahwa langkah selanjutnya untuk tim adalah meningkatkan ketidakpastian dalam pengukuran mereka: “Kami berharap ini dapat ditingkatkan dengan mengoptimalkan pengaturan, misalnya mempersempit panjang gelombang warna yang direkam. Karena panjang gelombang yang berbeda difraksi secara berbeda, polanya pun tercoreng jika terlalu banyak warna yang direkam pada saat yang sama. ”

Para ilmuwan memperkirakan bahwa teleskop yang cocok dapat melihat lebih dari satu okultasi asteroid per minggu. Hassan merangkum: “Studi percontohan kami menetapkan metode baru untuk menentukan diameter bintang yang sebenarnya. Karena bintang yang sama terlihat lebih kecil semakin jauh, pindah ke diameter sudut yang lebih kecil juga berarti memperluas rentang pengamatan

“Kami memperkirakan bahwa metode kami dapat menganalisis bintang hingga sepuluh kali sejauh metode okultasi bulan standar memungkinkan. Secara keseluruhan, teknik ini dapat memberikan data yang cukup untuk studi populasi. ”

Studi asli: Astronomi Alam, 2019; DOI: 10.1038 / s41550–019–0741-z