Tin tức Vũ trụ TV

Nghiên cứu đột phá về xung sao từ dữ liệu của vệ tinh Khảo sát Exoplanet

Ngày:
Th5 14, 2020
Tóm lược:

Các nhà thiên văn học đã phát hiện các kiểu xung khó nắm bắt trong hàng chục ngôi sao trẻ đang quay nhanh nhờ dữ liệu từ Vệ tinh Khảo sát Exoplanet của NASA (TESS).

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Sóng âm dội xung quanh bên trong một ngôi sao khiến nó giãn nở và co lại, dẫn đến thay đổi độ sáng có thể phát hiện được. Hoạt hình này mô tả một loại xung Delta Scuti - được gọi là chế độ xuyên tâm - được điều khiển bởi các sóng (mũi tên màu xanh) di chuyển giữa lõi và bề mặt của ngôi sao. Trong thực tế, một ngôi sao có thể dao động ở nhiều chế độ khác nhau, tạo ra các mô hình phức tạp cho phép các nhà khoa học tìm hiểu về bên trong của nó.
Tín dụng: Trung tâm bay không gian Goddard của NASA
Sóng âm dội xung quanh bên trong một ngôi sao khiến nó giãn nở và co lại, dẫn đến thay đổi độ sáng có thể phát hiện được. Hoạt hình này mô tả một loại xung Delta Scuti – được gọi là chế độ xuyên tâm – được điều khiển bởi các sóng (mũi tên màu xanh) di chuyển giữa lõi và bề mặt của ngôi sao. Trong thực tế, một ngôi sao có thể dao động ở nhiều chế độ khác nhau, tạo ra các mô hình phức tạp cho phép các nhà khoa học tìm hiểu về bên trong của nó.
Tín dụng: Trung tâm bay không gian Goddard của NASA

Các nhà thiên văn học đã phát hiện các kiểu xung khó nắm bắt trong hàng chục ngôi sao trẻ đang quay nhanh nhờ dữ liệu từ Vệ tinh Khảo sát Exoplanet của NASA (TESS). Khám phá này sẽ cách mạng hóa khả năng của các nhà khoa học trong việc nghiên cứu các chi tiết như độ tuổi, kích thước và thành phần của những ngôi sao này – tất cả các thành viên của một lớp được đặt tên cho nguyên mẫu, ngôi sao sáng Delta Scuti.

Tim Bed, giáo sư thiên văn học tại Đại học Sydney chia sẻ: “Các ngôi sao Delta Scuti rõ ràng dao động theo những cách thú vị, nhưng mô hình của những xung đó cho đến nay vẫn bất chấp sự hiểu biết. Để sử dụng một sự tương tự âm nhạc, nhiều ngôi sao đập theo các hợp âm đơn giản, nhưng các ngôi sao Delta Scuti rất phức tạp, với các nốt nhạc dường như bị xáo trộn. TESS đã cho chúng ta thấy điều đó không đúng với tất cả chúng.”

Một bài báo mô tả những phát hiện dẫn đầu bởi Tim Bed xuất hiện trong số ra ngày 14 tháng 5 của tạp chí Nature và hiện đã có trên mạng.

Các nhà địa chất nghiên cứu sóng địa chấn từ các trận động đất đã tìm ra cấu trúc bên trong của Trái đất từ ​​cách các tiếng vang thay đổi tốc độ và hướng khi chúng đi qua nó. Các nhà thiên văn học áp dụng cùng một nguyên tắc để nghiên cứu nội thất của các ngôi sao thông qua các xung của chúng, một lĩnh vực được gọi là thiên văn học.

Sóng âm truyền qua bên trong một ngôi sao với tốc độ thay đổi theo độ sâu và tất cả chúng kết hợp thành các dạng xung ở bề mặt của ngôi sao. Các nhà thiên văn học có thể phát hiện các mẫu này dưới dạng các dao động nhỏ về độ sáng và sử dụng chúng để xác định tuổi, nhiệt độ, thành phần, cấu trúc bên trong và các tính chất khác của ngôi sao.

Các ngôi sao Delta Scuti có khối lượng gấp từ 1,5 đến 2,5 lần Mặt trời. Chúng được đặt tên theo Delta Scuti, một ngôi sao có thể nhìn thấy bằng mắt người trong chòm sao Scutum phía nam, lần đầu tiên được xác định là biến vào năm 1900. Kể từ đó, các nhà thiên văn học đã xác định được hàng ngàn ngôi sao giống như Delta Scuti, những ngôi sao qua kính viễn vọng không gian Kepler của NASA, những hành tinh khác nhiệm vụ hoạt động từ năm 2009 đến 2018.

Nhưng các nhà khoa học đã gặp khó khăn trong việc giải thích các xung Delta Scuti. Những ngôi sao này thường quay một hoặc hai lần một ngày, nhanh hơn ít nhất hàng chục lần so với Mặt trời. Vòng quay nhanh làm phẳng các ngôi sao ở hai cực của chúng và làm lộn xộn các kiểu xung, khiến chúng trở nên phức tạp và khó giải mã hơn.

Để xác định xem trật tự có tồn tại trong các xung hỗn loạn rõ ràng của các ngôi sao Delta Scuti hay không, các nhà thiên văn học cần quan sát một tập hợp sao lớn nhiều lần với việc lấy mẫu nhanh. TESS giám sát các dải trời lớn trong 27 ngày một lần, chụp một hình ảnh đầy đủ cứ sau 30 phút với mỗi bốn camera của nó. Chiến lược quan sát này cho phép TESS theo dõi những thay đổi về độ sáng của sao do các hành tinh đi qua phía trước các ngôi sao của họ, đây là nhiệm vụ chính của nó, nhưng thời gian phơi sáng trong nửa giờ là quá lâu để có thể bắt được mô hình của các ngôi sao Delta Scuti đang đập nhanh hơn. Những thay đổi có thể xảy ra trong vài phút.

Nhưng TESS cũng chụp được những bức ảnh chụp vài nghìn ngôi sao được chọn trước – bao gồm một số ngôi sao Delta Scuti – cứ sau hai phút. Khi Tim Bed và các đồng nghiệp của ông bắt đầu phân loại các phép đo, họ đã tìm thấy một tập hợp các ngôi sao Delta Scuti với các mẫu xung thông thường. Một khi họ biết phải tìm gì, họ đã tìm kiếm các ví dụ khác trong dữ liệu từ Kepler, họ đã sử dụng một chiến lược quan sát tương tự. Họ cũng tiến hành quan sát tiếp theo với các kính viễn vọng trên mặt đất, bao gồm một tại Đài quan sát WM Keck ở Hawaii và hai trong mạng lưới Đài quan sát Las Cumbres toàn cầu. Tổng cộng, họ đã xác định được một loạt 60 ngôi sao Delta Scuti với hoa văn rõ ràng.

Simon Murphy, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học Sydney cho biết: “Đây thực sự là một bước đột phá. Bây giờ chúng tôi có một loạt các xung thường xuyên cho những ngôi sao này mà chúng tôi có thể hiểu và so sánh với các mô hình”. “Điều đó sẽ cho phép chúng tôi đo lường những ngôi sao này bằng cách sử dụng phương pháp nghiên cứu về tiểu hành tinh theo cách mà chúng tôi chưa bao giờ có thể làm được. Nhưng nó cũng cho chúng tôi thấy rằng đây chỉ là bước đệm trong sự hiểu biết của chúng tôi về các ngôi sao Delta Scuti.”

Xung trong nhóm Delta Scuti hoạt động tốt rơi vào hai loại chính, cả hai đều do năng lượng được lưu trữ và giải phóng trong ngôi sao. Một số xảy ra khi toàn bộ ngôi sao mở rộng và hợp đồng đối xứng. Những số khác xảy ra như bán cầu đối diện thay thế mở rộng và hợp đồng. Nhóm của Tim Bed đã suy ra sự thay đổi bằng cách nghiên cứu sự dao động của từng ngôi sao về độ sáng.

Dữ liệu đã giúp giải quyết một cuộc tranh luận về tuổi của một ngôi sao, được gọi là HD 31901, một thành viên của dòng sao được phát hiện gần đây quay quanh thiên hà của chúng ta. Các nhà khoa học đặt tuổi của dòng tổng thể là 1 tỷ năm, dựa trên tuổi của một “người” khổng lồ đỏ mà họ nghi ngờ thuộc về cùng một nhóm. Một ước tính sau này dựa trên các chu kỳ quay của các thành viên khác trong dòng sao cho thấy tuổi chỉ khoảng 120 triệu năm. Nhóm của Bed đã sử dụng các quan sát TESS để tạo ra một mô hình thiên thạch của HD 31901 hỗ trợ độ tuổi trẻ hơn.

Sarbani Basu, giáo sư thiên văn học tại Đại học Yale ở New Haven, Connecticut, người nghiên cứu về thiên văn học cho biết thêm: “Có thể tìm thấy các mô hình đơn giản và xác định các chế độ dao động là thay đổi trò chơi. Vì tập hợp các ngôi sao này cho phép phân tích địa chấn bình thường, cuối cùng chúng tôi sẽ có thể mô tả chúng đúng cách.”

Gần đây, nhóm nghiên cứu cho rằng tập hợp 60 ngôi sao của họ có mô hình rõ ràng, vì chúng trẻ hơn các ngôi sao Delta Scuti khác, đã quyết định sản xuất tất cả năng lượng của họ thông qua phản ứng tổng hợp hạt nhân trong lõi của họ. Các xung xảy ra nhanh hơn trong các ngôi sao non trẻ. Khi các ngôi sao già đi, tần số của các xung chậm lại và chúng trở nên lộn xộn với các tín hiệu khác.

Một yếu tố khác có thể là góc nhìn của TESS. Các tính toán lý thuyết dự đoán rằng các kiểu xung của một ngôi sao quay sẽ đơn giản hơn khi cực quay của nó đối diện với chúng ta thay vì đường xích đạo của nó. Bộ dữ liệu TESS của nhóm bao gồm khoảng 1.000 ngôi sao Delta Scuti, điều đó có nghĩa là một số trong số chúng, tình cờ, phải được xem gần cực.

Các nhà khoa học sẽ tiếp tục phát triển các mô hình của họ khi TESS bắt đầu chụp ảnh đầy đủ cứ sau 10 phút thay vì cứ sau nửa giờ vào tháng Bảy. Tim Bed cho biết chiến lược quan sát mới sẽ giúp thu được các xung của các ngôi sao Delta Scuti hơn nữa.

George Ricker, Viện nghiên cứu chính của TESS tại Viện nghiên cứu vật lý thiên văn và vũ trụ Kavli của Massachusetts tại Cambridge kết luận: “Chúng tôi biết khi chúng tôi thiết kế TESS, ngoài việc tìm thấy nhiều ngoại hành tinh mới thú vị, vệ tinh cũng sẽ thúc đẩy lĩnh vực nghiên cứu về thiên văn học. Nhiệm vụ đã tìm thấy một loại ngôi sao mới chỉ đập ở một bên và đã khai quật được những sự thật mới về những ngôi sao nổi tiếng. Khi chúng tôi hoàn thành nhiệm vụ hai năm ban đầu và bắt đầu nhiệm vụ mở rộng, chúng tôi mong muốn sự giàu có của những khám phá sao mới TESS sẽ tạo ra. “


Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi NASA / Goddard Space Flight Center . Bản gốc được viết bởi Jeanette Kazmierczak. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.


Đa phương tiện liên quan :


Tạp chí tham khảo :

  1. Timothy R. Bộ đồ giường, Simon J. Murphy, Daniel R. Hey, Daniel Huber, Tanda Li, Barry Smalley, Dennis Stello, Timothy R. White, Warrick H. Ball, William J. Chaplin, Isabel L. Colman, Jim Fuller, Eric Gaidos, Daniel R. Harbeck, JJ Hermes, Daniel L. Holdsworth, Gang Li, Yaguang Li, Andrew W. Mann, Daniel R. Reese, Sanjay Sekaran, Jie Yu, Victoria Antoci, Christoph Bergmann, Timothy M. Brown, Andrew W. Howard, Michael J. Ireland, Howard Isaacson, Jon M. Jenkins, Hans Kjeldsen, Curtis McCully, Markus Rabus, Adam D. Rains, George R. Ricker, Christopher G. Tinney, Roland K. Vanderspek. Các chế độ xung tần số cao rất đều đặn ở các sao trẻ có khối lượng trung bình trẻ . Thiên nhiên , 2020; 581 (7807): 147 DOI: 10.1038 / s41586-020-2226-8

Bài viết liên quan

Bài viết mới