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天文学家如何使用小行星来测量恒星

[ 录入者:Melipal | 时间:2019-05-06 22:00:53 | 作者:Melipal 译 | 来源: | 浏览:1580次 ]

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作者:David Dickinson   原文来自:   Posted: 2019. 4. 23

编译:Melipal   审校:Linq

天文学家使用一种独特的技术和一组非同寻常的望远镜阵列揭示了遥远恒星的距离。

从区区几个光子所能提取出的信息数量让人吃惊。数十年来,天文学家观测着小行星遮掩背后恒星的事件,在小行星的“阴影”扫过地球的时候,这样的掩星揭示出了它们的形态和大小。现在,天文学家在借助小行星掩星来揭示恒星本身的尺度。

VERITAS阵列一架望远镜的特写。(图片提供:NSF / VERITAS)

天文学家使用坐落在亚利桑那州弗雷德·劳伦斯·惠普尔(Fred Lawrence Whipple)365体育彩票的进行了这项工作,并在杂志上发表了他们的结果。VERITAS是一组4架12米望远镜,每架望远镜都由350片六边形子镜组成。建造它们的目的是捕获的暗淡蓝色闪光,当高能带电粒子撞入地球大气时(译注:原文如此,实际上能量足够高的不带电粒子如光子也会产生类似辐射),就会产生这样的效应。但来自哈佛—史密松天体物理中心的维斯坦·本波(Wystan Benbow)与同事将望远镜对准了小行星的阴影。

首先,1165号小行星英普里涅塔(Imprinetta)从一颗名为TYC 5517-227-1的恒星前方通过。在这次原理验证性质的观测期间,天文学家使用VERITAS每秒拍摄了300张图像,将恒星的宽度确定为太阳的11倍。几个月之后,201号小行星贞后星(Penelope)从另一颗恒星——TYC 278-748-1前方通过。这一次VERITAS在阴影掠过地球期间每秒拍摄了2500张图像,由此测得了一个更小的尺度——太阳直径的2倍。

VERITAS阵列的4架成员望远镜。(图片提供:NSF / VERITAS)

虽然以天文学的标准来看,VERITAS阵列的反射镜非常粗糙,让测量恒星直径变为可能的却是它那难以置信的时间分辨率。来自德国DESY加速器中心的塔雷克·哈桑(Tarek Hassan)说:“VERITAS望远镜非常庞大,而这对于以极高的采样率进行精确测量来说是至关重要的。”VERITAS望远镜这样的大型探测器也不会遭受太多闪烁噪声(也就是大气湍流导致的“闪烁”效应)的影响。

为了测量被掩恒星的大小,天文学家首先需要捕获它在阴影边缘投下的精细衍射条纹图样。当光线相互合并,交替地增强或减弱信号的时候,就会出现这样的条纹。(实际上,任何阴影的边缘都存在衍射条纹,不过对于我们日常应对的物体在可见光的表现而言,我们根本感知不到条纹的存在。)

艺术家笔下的小行星掩星事件。(图片提供:DESY/Lucid Berlin)

当小行星从恒星前方通过的时候,小行星本身并不可见,但观测者可以看到被它遮掩的恒星暂时变暗了。由于小行星阴影边缘处条纹的存在,在阴影扫过地球之前和之后,恒星亮度的变化是可以被预言的。通过比较被掩恒星与真正点源的条纹异同,天文学家可以推算出恒星的直径。

小行星与恒星

小行星英普里涅塔宽60千米,它于2018年2月22日从巨爵座(意为酒杯)的10.2等红巨星TYC 5517-227-1前方通过。观测表明,该恒星的视直径是0.125毫角秒。(作为参考,这一数据比哈勃空间望远镜分辨率还要精细1000多倍。)考虑这颗恒星位于2674光年之外,它那小小的角直径对应的宽度是太阳的11倍。这是迄今我们测量过角直径的恒星中距离我们最远的一颗。

1165号小行星英普里涅塔掩星事件的光变曲线图,其中展示了入凌(左)与出凌(右)期间采集的数据。(图片版权:Benbow et al)

小组获得的第二个机会发生在2018年5月22日,当时宽88千米的从室女座9.9等恒星TYC 278-748-1前方通过。掩星测量揭示出,这颗距离700光年的恒星直径只相当于太阳的2倍。

捕捉掩星

掩星既不容易预测,也难以观测。业余天文爱好者第一次成功捕获的小行星掩星事件发生在1958年2月19日,当时从一颗恒星前方铜管但直到上世纪80年代,爱好者只看到了少数几次这样的事件。现在列出了每月发生在世界各地的数十起此类事件。

哈桑指出:“(掩星)技术本身并不是新生事物。新的东西是,现在我们更好地了解了距离遥远的众多太阳系天体的位置和轨道……而在GAIA和其他卫星的帮助下,我们对天空中恒星的精确位置有了空前的了解。”

天文学家还曾在月球掩星期间使用过衍射法,不过这一方法只对小至大约1毫角秒的恒星直径有效。只有测量到的角直径大于这个数字,在这些恒星中,也只有心宿二位于月球当前的轨道路径上。心宿二的掩星事件发生时间非常短暂。

丹尼尔解释说,由于小行星距离地球要比月球远得多,天文学家可以使用它们来测量小得多的恒星。“这也是为什么我们的小行星掩星测量得以测出迄今最小的恒星角直径的原因。”

哪怕如此,使用掩星法来测量恒星的大小还是一个运气问题,原因是小行星的轨道存在不确定性,如果预言的轨道发生了变化,那就只能认倒霉了,因为大型望远镜压根无法移动。举例来说,英普里涅塔的阴影越过VERITAS阵列的可能性是50%,而贞后星的可能性更低,只有29%。然而研究者计算出,任何有能力观测10等星的望远镜都可以每年目睹大约5次掩星事件。

这一方法还可以被用于新一代巨型望远镜:举例来说,巨麦哲伦望远镜可以看到暗得多的恒星,而大口径全天巡视望远镜可以以更快的速度拍摄图像。这两架望远镜预计可以在下一个10年之初迎接初光。

(全文完)

Tags:小行星 掩星 恒星直径

责任编辑:Melipal

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