Практически любая звезда на небе находится слишком далеко, чтобы ее можно было разглядеть даже в лучшие оптические телескопы. Чтобы преодолеть это ограничение, ученые использовали оптическое явление, называемое дифракцией, для измерения диаметра звезды.
Этот эффект иллюстрирует волновую природу света и возникает, когда объект, например астероид, проходит перед звездой. «Невероятно слабые тени астероидов проходят над нами каждый день», – объяснил Хасан. "Но край их тени не совсем резкий. Вместо этого центральную тень окружают световые складки, похожие на водную рябь."Это общее оптическое явление, называемое дифракционной картиной, может быть воспроизведено в любой школьной лаборатории с помощью лазера, поражающего острый край.
Исследователи использовали тот факт, что форма рисунка позволяет выявить угловой размер источника света. Однако, в отличие от школьной лаборатории, дифракционную картину звезды, закрытой астероидом, очень трудно измерить. «Эти затмения астероидов трудно предсказать», – сказал Дэниел. "И единственный шанс уловить дифракционную картину – это сделать очень быстрые снимки, когда тень скользит по телескопу."Астрономы измерили таким образом угловые размеры звезд, которые были закрыты Луной.
Этот метод работает вплоть до углового диаметра около одной миллисекунды, что примерно соответствует размеру монеты в два цента на Эйфелевой башне в Париже, если смотреть из Нью-Йорка.
Однако не многие звезды на небе такие «большие».«Для разрешения даже меньших угловых диаметров команда использовала черенковские телескопы.
Эти инструменты обычно следят за чрезвычайно коротким и слабым голубоватым свечением, которое создают частицы высокой энергии и гамма-лучи из космоса, когда они сталкиваются и проходят через атмосферу Земли. Черенковские телескопы дают не самые лучшие оптические изображения.
Но благодаря своей огромной зеркальной поверхности, обычно разделенной на шестиугольники, как глаз мухи, они чрезвычайно чувствительны к быстрым изменениям света, в том числе к свету звезд.
Используя четыре больших телескопа VERITAS в обсерватории Фреда Лоуренса Уиппла в Аризоне, команда смогла четко обнаружить дифракционную картину пролетевшей мимо звезды TYC 5517-227-1, когда она была закрыта 60-километровым астероидом Импринетта 22 февраля 2018 года. Телескопы VERITAS позволяли делать 300 снимков каждую секунду.
По этим данным профиль яркости дифракционной картины может быть восстановлен с высокой точностью, в результате чего угловой или видимый диаметр звезды равен 0.125 миллисекунд дуги. Вместе с расстоянием в 2674 световых года это означает, что истинный диаметр звезды в одиннадцать раз больше, чем у нашего Солнца.
Интересно, что этот результат классифицирует звезду, класс которой ранее был неоднозначен, как красный гигант.
Исследователи повторили этот подвиг через три месяца, 22 мая 2018 года, когда астероид Пенелопа диаметром 88 километров закрыл звезду TYC 278-748-1. Измерения дали угловой размер 0.094 миллисекунды дуги и истинный диаметр 2.В 17 раз больше, чем у нашего солнца. На этот раз команда могла сравнить диаметр с более ранней оценкой, основанной на других характеристиках звезды, диаметр которой составлял 2.173 раза больше диаметра Солнца – отличное совпадение, хотя более ранняя оценка не была основана на прямом измерении.
«Это самый маленький угловой размер звезды, когда-либо измерявшийся напрямую», – подчеркнул Дэниел. "Профилирование покрытий звезд астероидами с помощью черенковских телескопов обеспечивает в десять раз лучшее разрешение, чем стандартный метод лунного покрытия. Кроме того, он как минимум в два раза точнее, чем доступные интерферометрические измерения размеров.«Неопределенность этих измерений составляет около десяти процентов, как пишут авторы. «Мы ожидаем, что это можно значительно улучшить, оптимизировав настройку, например, сузив длину волны записываемых цветов», – сказал Дэниел. Поскольку разные длины волн дифрагируют по-разному, узор размывается, если одновременно записывается слишком много цветов.
«Наше пилотное исследование устанавливает новый метод определения истинного диаметра звезд», – резюмировал Хасан.
По оценкам ученых, подходящие телескопы могут наблюдать более одного затенения астероида в неделю. «Поскольку одна и та же звезда выглядит меньше, чем дальше она находится, переход к меньшему угловому диаметру также означает расширение диапазона наблюдения», – пояснил Хасан. "По нашим оценкам, наш метод может анализировать звезды в десять раз дальше, чем позволяет стандартный метод исследования Луны. В совокупности этот метод может предоставить достаточно данных для популяционных исследований."