Команда астрономів нещодавно використовувала інфрачервоно-оптичний телескоп масиву Арізони (IOTA) трьох підключених телескопів, щоб заглянути 4 мільярди років у майбутнє, коли наше Сонце повітряні кулі стане червоною зіркою гіганта. Вони спостерігали за кількома червоними зірками-гігантами - можливою долею нашого Сонця - і виявили їх поверхні строкаті та різноманітні, вкриті величезними сонячними плямами.
Оскільки астрономи все більше пов'язують два телескопи як інтерферометри, щоб виявити більш детальну інформацію про далекі зірки, астроном Кекської обсерваторії демонструє силу зв’язку трьох і навіть більше телескопів разом.
Астроном Сем Рагланд використовував інфрачервоно-оптичний телескоп (IOTA) Арізони з трьох пов'язаних телескопів, щоб отримати безпрецедентні деталі старих червоних зірок-гігантів, які представляють можливу долю Сонця.
Дивно, але він виявив, що майже третина червоних гігантів, яких він оглядав, не були однаково яскравими на обличчі, але були плямистими, можливо, вказуючи на великі плями або хмари, аналогічні сонячним плямам, ударні хвилі, породжені пульсуючими конвертами, або навіть планети.
"Типова віра полягає в тому, що зірки повинні бути симетричними газовими кулями", - сказав Регланд, фахівець з інтерферометра. "Але 30 відсотків цих червоних гігантів виявили асиметрію, що має наслідки для останніх етапів еволюції зірок, коли зірки, як Сонце, еволюціонують у планетарні туманності".
Результати, отримані Регландом та його колегами, також підтверджують можливість підключення трио - або навіть квінтету чи секстету - інфрачервоних телескопів, щоб отримати зображення з більшою роздільною здатністю в ближньому інфрачервоному просторі, ніж це було можливо раніше.
"Маючи більше двох телескопів, ви можете вивчити зовсім інший вид науки, ніж це можна зробити з двома телескопами", - сказав він.
"Це великий крок - перейти від двох телескопів до трьох", - додала теоретик Лі Ен Уілсон, співавтор дослідження і професор фізики та астрономії в Айовському державному університеті штату Айова. "За допомогою трьох телескопів ви можете не тільки визначити, наскільки велика зірка, але й симетричну чи асиметричну. Маючи ще більше телескопів, ви можете почати перетворювати це на картину. "
Рагланд, Вілсон та їхні колеги з установ США та Франції, включаючи NASA, повідомили про свої спостереження та висновки у документі, нещодавно прийнятому журналом The Astrophysical Journal.
Як не дивно, телескоп IOTA, який спільно діяв на Mt. Хопкінса у Смітсонівській астрофізичній обсерваторії, Гарвардському університеті, Університеті Массачусетса, Університеті Вайомінгу та Лінкольнської лабораторії Массачусетського технологічного інституту, було закрито 1 липня, щоб заощадити гроші. Первісний двотелескопний інтерферометр з'явився в Інтернеті в 1993 році, а додавання третього 45-сантиметрового телескопа в 2000 році створило перше оптичне та інфрачервоне інтерферометр.
Директор IOTA Веслі А. Трауб, колишній Гарвард-Смітсоніанський центр астрофізики (CfA), а зараз в Лабораторії реактивних двигунів, запропонував Регланду та його колегам можливість використовувати масив для тестування меж багатофункціональної телескопічної інтерферометрії та, можливо, дізнатися щось про остаточну долю Сонця.
Інтерферометри поєднують світло двох або більше телескопів, щоб побачити більше деталей, імітуючи роздільну здатність телескопа настільки ж велику, як відстань між телескопами. У той час як радіоастрономи роками використовують масиви для імітації набагато більших телескопів, вони мають перевагу щодо довгих довжин хвиль - метрів або сантиметрів, - що полегшує виявлення дробових різниць довжини хвилі між часом надходження світла в окремі телескопи. Робити інтерферометрію в ближньому інфрачервоному діапазоні - на довжині хвилі 1,65 мкм або приблизно на соту міліметра, як це робив Регланд, - набагато важче, оскільки довжина хвиль майже мільйонна, ніж радіохвиль.
"При коротких довжинах хвиль стабільність інструменту є головним обмеженням", - сказав Регланд. "Навіть вібрація повністю знищить вимірювання."
Астрономи також застосували нову технологію для комбінування світла з трьох телескопів IOTA: напів-дюймовий твердотільний чіп, що називається інтегрованим оптичним променевим комбайнером (IONIC), розроблений у Франції. Це контрастує з типовим інтерферометром, який складається з безлічі дзеркал для спрямування світла від декількох телескопів до загального детектора.
Основна увага Рагланда - це зірки низької та середньої маси - від трьох чверті маси Сонця до трьох разів більших від маси Сонця - коли вони наближаються до кінця свого життя. Це зірки, які надули червоні гіганти на кілька мільярдів років раніше, коли вони почали спалювати гелій, який накопичився за життя спалення водню. Зрештою, ці зірки складаються з щільного ядра вуглецю та кисню, оточеного оболонкою, де водень перетворюється на гелій, а потім гелій у вуглець та кисень. У більшості цих зірок водень і гелій чергуються як паливо, внаслідок чого яскравість зірки змінюється протягом 100 000-річного періоду в міру зміни палива. У багатьох випадках зірки проводять свої останні 200 000 років як змінна Міра - тип зірки, світло якої регулярно змінюється по яскравості протягом періоду від 80 до 1000 днів. Вони названі для зірки-прототипу в сузір'ї Цетуса, відомому як Міра.
"Одна з причин, що мене це цікавить, полягає в тому, що наше Сонце піде цим шляхом у якийсь момент, через 4 мільярди років", - сказав Рагленд.
Саме в цей період ці зірки починають здувати свої зовнішні шари у «надвитку», яка з часом залишить позаду білого карлика в центрі розширюваної планетарної туманності. Віллсон моделює механізми, за допомогою яких ці зірки кінцевої стадії втрачають свою масу, насамперед, хоч сильний зоряний вітер.
Протягом цих спадаючих еонів зірки також пульсують в порядку місяців-років, коли зовнішні шари відригують назовні, як випускний клапан, сказав Вілсон. Багато з цих так званих зірок асимптотичних гігантських гілок - це змінні Міри, які регулярно змінюються у формі молекул і створюють напівпрозорий або майже непрозорий кокон навколо зіркової частини часу. Хоча деякі з цих зірок показали, що вони не круглі, будь-які асиметричні ознаки, наприклад, яскраво-яскраві, неможливо виявити за допомогою двотелескопного інтерферометра, сказав Регланд.
Рагланд та його колеги спостерігали за IOTA в цілому 35 змінних Mira, 18 напіврегулярних змінних та 3 неправильні змінні, всі протягом приблизно 1300 світлових років від Землі, в нашій Галактиці Чумацького Шляху. Дванадцять змінних Mira виявились несиметричними яскравими, тоді як лише три напіврегулярні та один із нерегулярних показали цю плямустість.
Причина цієї плямистої яскравості незрозуміла, сказав Рагленд. Моделювання Уілсона показало, що супутник, наприклад планета на орбіті, подібній орбіті Юпітера в нашій власній системі, може призвести до зоряного вітру, який виявиться асиметрією. Навіть ближча планета, подібна до Землі, могла б створити спостережливий пробудження, якби зоряний вітер був досить сильним, хоча планета, занадто близька до розгорнутої оболонки, швидко затягнеться всередину і випарується зіркою.
Крім того, велика кількість матеріалу, що виганяється зірки, може конденсуватися в хмари, які блокують частину або все світло від частини зірки.
Незалежно від причини, сказав Уілсон, «це говорить нам про те, що припущення про те, що зірки однаково яскраві, є помилковим. Можливо, нам знадобиться розробити тривимірні моделі нового покоління ».
"Це дослідження, найбільший з цих класів зірок пізнього типу, є першим, хто продемонстрував ступінь, в якому зірки пізнього типу, особливо змінні Міра та зірки вуглецю, показують вплив гарячих та холодних плям", - сказав співавтор. Вільям Данчі з центру космічних польотів NASA Goddard. "Це має значення для того, як ми інтерпретуємо спостереження, коли використовуємо інфрачервоні інтерферометри для пошуку планет навколо червоних гігантів".
Співавторами Рагланда є Трауб; Жан-П'єр Бергер, П. Керн та Ф. Мальбет з Лабораторії д'Астрофізики де Гренобль (LAOG) у Франції; Данчі; Дж. Д. Моньє та Е. Педретті з Мічиганського університету, Енн Арбор; Уілсон; N. P. Carleton, M. G. Lacasse та M. Pearlman з CfA; Р. Міллан-Габет з Каліфорнійського технологічного інституту; F. Schloerb, M. Brewer, K. Perraut, K. Souccar та G. Wallace з Університету штату Массачусетс, Амхерст; В. Коттон Національної радіоастрономічної обсерваторії у Вірджинії; Чарльз Х. Таунз з Каліфорнійського університету, Берклі; П. Хагенауер з космічної індустрії ALCATEL Канн, Франція; та П. Лабей з Laboratoire d'Electronique de Technologie de l'Information (LETI) у м. Гренобль, яка входить до складу Французької комісії з атомної енергії (CEA). ІІН-чіп був спільно розроблений LAOG, Institut de Microà © lectronique, à ct lectromagné © etme et Photonique (IMEP) та LETI.
Робота була підтримана NASA через докторантуру Міхельсона та Національний науковий фонд.
Обсерваторія В. М. Кека функціонує як наукове партнерство між Каліфорнійським технологічним інститутом, Каліфорнійським університетом та НАСА. Обсерваторія стала можливою завдяки великій фінансовій підтримці Фонду В. Кека.
Оригінальне джерело: Keck News Release
