Astronomen untersuchen Sterne mittels Spektroskopie, die es uns ermöglicht, das von ihnen emittierte Licht in allen Farben zu analysieren. Ein Team um Étienne Artigau, Forscher am Trottier-Institut für Exoplanetenforschung (iREx), hat eine Methode entwickelt, die es ermöglicht, aus dem Spektrum eines Sterns dessen Variation zu extrahieren Temperaturbis zum Zehntel Grad Celsius genau, auf verschiedenen Zeitskalen.
Die Oberfläche eines Sterns ist alles andere als vollkommen homogen und ihre Temperatur variiert mit der Zeit. Eine von Étienne Artigau und seinem Team entwickelte innovative Methode ermöglicht es, die Temperaturschwankungen eines Sterns mit beispielloser Präzision zu verfolgen.
Bildnachweis: Benoit Gougeon/UdeM
„Indem wir die Temperatur von Sternen verfolgen, können wir viel über sie lernen: ihre Rotationsperiode, ihre Sternaktivität, ihre …“ Magnetfeld. „Diese genaue Kenntnis der Sterne ist auch für die Suche und Erforschung ihrer Planeten unerlässlich“, erklärt der Forscher.
In einem Artikel, der bald in der erscheinen wirdAstronomisches Journaldie Wirksamkeit und große Vielseitigkeit der Technik werden dadurch demonstriert Beobachtungen von vier sehr unterschiedlichen Sternen, aufgenommen mit den Kanada-Frankreich-Hawaii-Teleskopen und dem 3,6-m-La-Silla-Teleskop.
Kennen Sie die Sterne, um ihre Planeten zu kennen
Das Team untersuchte zunächst Sternspektren, um die Erkennung von Exoplaneten mithilfe der Velocimetrie-Methode zu verbessern. Diese Methode besteht darin, das Geringste zu messen Schwingung eines Sterns, verursacht durch die Anziehungskraft eines Planeten, der diesen Stern umkreist.
Je mehr wir kleine Schwankungen in der Geschwindigkeit des Sterns messen können, desto besser können wir Planeten mit geringer Masse identifizieren. Étienne Artigau und sein Team haben eine Velocimetrie-Technik entwickelt, die darin besteht, das gesamte Spektrum des Sterns auszunutzen und nicht wie üblich nur einige wenige Teile, um so massearme Planeten wie die Erde um kleine Planeten herum entdecken zu können Sterne.
Inspiriert durch den mit dieser Technik erzielten Erfolg kam der Forscher auf die Idee, eine ähnliche Strategie zu nutzen, um nicht die Geschwindigkeitsschwankungen von Sternen, sondern die ihrer Temperatur zu bestimmen.
Diese Messung erweist sich als ebenso entscheidend für die Untersuchung von Exoplaneten, die wir meist indirekt beobachten, indem wir ihrem Stern genau folgen. In den letzten Jahren standen Astronomen vor der Schwierigkeit, bei ihren Beobachtungen zu unterscheiden, was sich auf den Stern und was auf seine Planeten bezieht. Dies erweist sich sowohl für die Entdeckung von Exoplaneten mit der Velocimetrie-Methode als auch für die Erforschung ihrer Atmosphäre mit der Transitspektroskopie-Methode als Problem.
„Es ist sehr schwierig, die Anwesenheit eines Exoplaneten zu bestätigen oder seine Atmosphäre zu untersuchen, ohne die Eigenschaften des Muttersterns und deren Variabilität im Laufe der Zeit genau zu kennen. Diese neue Technik bietet uns ein unschätzbares Werkzeug, um sicherzustellen, dass das Wissen, das wir über Exoplaneten erwerben, korrekt ist.“ solide und um in unserer Charakterisierung des Letzteren weiter zu gehen”, erklärt Charles Cadieux, Doktorand bei iREx, der zur Studie beigetragen hat.
Unübertroffene Präzision
Die Oberflächentemperatur von Sternen ist eine Eigenschaft grundlegend dass Astronomen messen wollen, weil es ihnen erlaubt, daraus abzuleiten Helligkeit der letzteren und ihre chemische Zusammensetzung. Im besten Fall kann die genaue Temperatur eines Sterns mit einer Genauigkeit von etwa 20 °C ermittelt werden.
Bei dieser neuen Technik interessieren uns nicht die genauen Temperaturen, sondern deren Variationen rechtzeitig. Und wir können sie mit bemerkenswerter Präzision messen.
„Wir wissen nicht, ob der Stern 5000 oder 5020 °C heiß ist, aber wir können wissen, ob seine Temperatur um ein Grad oder sogar weniger gestiegen oder gesunken ist! Das ist noch niemandem gelungen. Die Bestimmung dieser Art von Temperaturänderung ist.“ Schon eine ziemliche Herausforderung für den menschlichen Körper. Stellen Sie sich also einen Gasball mit tausenden Grad vor, der mehrere Dutzend Lichtjahre entfernt ist! schwärmt Étienne Artigau.
Eine neue effiziente und vielseitige Technik
Um zu demonstrieren, dass ihre Technik funktioniert, verwendeten die Astronomen Beobachtungen mit dem SPIRou-Spektrographen (Kanada-Frankreich-Hawaii-Teleskop) und dem HARPS-Spektrographen (3,6-Meter-Teleskop der Europäischen Südsternwarte).
In den von diesen beiden Teleskopen gewonnenen Daten für vier kleine Sterne in der Sonnenumgebung kann das Team deutlich Temperaturänderungen erkennen, die sie manchmal auf die Rotation der Sterne zurückführen, manchmal auf das, was auf ihrer Oberfläche oder in der Umgebung geschieht .
Das Astronomenteam entdeckte sehr große Temperaturänderungen für den Stern AU Microscopii, der bekanntermaßen sehr aktiv ist, eine Staubscheibe hat und von mindestens einem Planeten umkreist wird (hier als Silhouette sichtbar).
Bildnachweis: NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI)
Die neue Technik ermöglicht die Messung großer Temperaturschwankungen. Für den Stern AU Microscopii, der bekanntermaßen eine sehr hohe Sternaktivität aufweist, verzeichnete das Team Schwankungen von fast 40 °C. Dank dieser Technik können wir sowohl sehr schnelle Veränderungen identifizieren, wie sie beispielsweise durch die Rotation von AU Microscopii oder Epsilon Eridani in wenigen Tagen um sich selbst verursacht werden, als auch solche, die in einem viel längeren Zeitraum auftreten, eine sehr schwierige Aufgabe mit bodengestützten Teleskopen zu erreichen.
„Wir sind in der Lage, Änderungen von wenigen Grad oder weniger zu messen, die über sehr lange Zeiträume auftreten, zum Beispiel solche, die mit der Rotation von Barnards Stern verbunden sind, einem sehr ruhigen Stern, der sich in fünf Monaten um seine Achse dreht“, erwähnt Étienne Artigau, um dies zu messen Variation, subtil und sehr langsam, auf die wir zurückgreifen mussten Hubble zu der Zeit!”
