US Ads

четверг

Как узнать истинный возраст звезды

Многие кинозвезды держат свой настоящий возраст в секрете. Похожее правило действует для существующих звезд в космосе. Большинство звезд, похожих на наше Солнце, выглядят почти одинаково большую часть своей жизни. Можем ли мы сказать, что одной звезде один миллиард лет, а другой звезде 10 млрд лет? Американские астрономы предполагают, что они нашли решение, позволяющее определять возраст звезд по их вращению.

24 мая 2011 в Бостоне (Массачусеттс, США) на пресс-конференции, посвященной двести восемнадцатой встрече Американского астрономического общества, астрофизик Сорен Мейбом (Soren Meibom) из расположенного в том же штате Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики представил свои выводы о способе решения данной проблемы. Одновременно с этим, пресс-служба центра астрофизики опубликовала пресс-релиз об исследовании.

По мнению Мейбом, вращение звезды постепенно замедляется со временем и это обстоятельство может быть использовано в качестве часов для определения звездного возраста.

Как сказано в публикации, знание возраста звезды имеет важное значение для многих астрономических исследований, и в частности для охотников за планетами. За последние годы астрономы обнаружили около 2000 планет, вращающихся вокруг далеких звезд. Особенно обильный урожай находок и открытий последовал после запуска в 2009 году астрономического спутника НАСА "Кеплер", предназначенного для поиска планет земного типа вне солнечной системы. Спустя два года, обработав информацию, астрономы решили использовать обнаруженный зоопарк планет для того, чтобы понять, как образуются и развиваются планетные системы, и почему они так отличаются друг от друга.

Как отметил в публикации Мейбом, ученые должны знать возраст звезд и их планет для оценки возможности возникновения инопланетной жизни в далеких мирах. По его мнению, чем старше планета, тем жизнь имела больше времени для того, чтобы приступить к работе. В космических масштабах звезды и планеты образуются почти одновременно, поэтому, зная возраст звезды, ученые так же могут определить примерный возраст планеты в конкретной звездной системе.

По утверждению Мейбома, ученые могут сравнительно легко изучать возраст звезд, расположенных в кластере, который состоит из сотен звезд, образованных примерно в одно и то же время. За последнее десятилетие астрономы поняли, что если они выделят участок звезд в кластере по цвету и яркости, тогда они могут использовать полученный шаблон, чтобы рассказать о возрасте всего кластера. Но такой метод работает только для кластеров. Определение возраста звезд вне кластеров, включая известные звезды с планетами, является более трудной задачей.

Используя уникальные возможности космического телескопа на спутнике "Кеплер", Мейбом и его сотрудники измерили скорость вращения звезд в кластере под названием NGC 6811, представляющим собой рассеянное скопление звезд в созвездии Лебедь и имеющим возраст около 1 млрд лет. Проведенная астрономами работа помогла удвоить возраст, охваченный предыдущими исследованиями молодого скопления. Полученные результаты увеличили знания ученых о том, как связаны между собой скорость вращения звезды и ее возраст.

Как уже было сказано, соотношение между вращением звезды и ее возрастом может быть установлено путем изучения звезд в кластерах. Но для измерения периода вращения любой отдельной звезды и определения ее возраста может быть использован метод под называнием гирохронология (gyrochronology). Этот термин происходит от греческих слов гироскоп, хронос и логос, и переводится как вращение, возраст и исследование соответственно. Для применения этого метода астрономам сначала необходимо откалибровать свои новые "часы".

Согласно публикации, астрономы начинали со звезд в скоплении с известным возрастом. Измеряя вращение звездного скопления, они смогли узнать ожидаемую ставку соотношения для этого возраста. Проводя измерение вращения звезд в кластерах разного возраста, ученые узнали, как именно вращение и возраст связаны между собой. Определив необходимые коэффициенты, они смогли измерить вращение одной изолированной звезды и вычислить ее возраст.


Звезда и планета. Общественное достояние, 2011.
Кредит и источник CfA Harvard.

При измерении вращения звезды астрономы получали данные на основе изменения в ее яркости, вызванном темными пятнами на ее поверхности - звездном эквиваленте солнечных пятен. Каждый раз, когда такое пятно пересекает лицо вращающейся звезды, она немного тускнеет. После того, как пятно оказывается вне поля зрения, свет звезды снова становится ярче. Наблюдая, сколько времени требуется для возвращения пятна в поле зрения, прохождения через звезду и пребывания вне поля зрения, ученые узнают, как быстро вращается звезда.

По словам Мейбома, изменения в яркости звезд из-за пятен составляют всего несколько процентов или меньше, и становятся тем меньше, чем старше звезда. Таким образом, период вращения звезды старше полу миллиарда лет не может быть измерен с нашей планеты, т.к. этому мешает атмосфера Земли. К счастью, это не проблема для космического аппарата "Кеплер". Данный спутник был разработан специально для точного измерения яркости звезд и обнаружения планет, которые немного блокируют свет звезды, когда они пересекают лицо звезды, с нашей земной точки зрения.

Как сказал Мейбом, он и его коллеги столкнулись со сложной задачей при попытке расширить соотношения возраста и вращения звезд в NGC 6811. Они потратили четыре года кропотливой работы на то, чтобы разобрать и отделить звезды в кластере от не родственных звезд, которые просто были видны в том же направлении. Эта подготовительная работа была проделана с помощью специально разработанного инструмента (спектрографа Hectochelle), установленного на ММТ-телескопе в обсерватории имени Уипплана на горе Хопкинс в южной Аризоне (США). Этот спектрограф может наблюдать одновременно 240 звезд, что позволило ученым наблюдать почти 7000 звезд в течение четырех лет. После того, как они узнали, какие звезды имели отношение к звездному скоплению, они использовали данные спутника "Кеплера", чтобы определить, насколько быстро вращались эти звезды.

В результате проведенной работы астрономы обнаружили периоды вращения звезд в диапазоне от 1 дня до 11 суток, при которых более горячие и более массивные звезды вращались быстрее. Полученные данные они сопоставили с 30-дневным периодом вращения нашего Солнца. Что еще более важно, они обнаружили сильную связь между звездной массой и скоростью вращения, с небольшим разбросом. Этот результат подтвердил, что гирохронология является перспективным новым методом для определения возраста изолированных звезд.

По словам Мейбома, проведенная работа дала ученым скачок в понимании того, как работают звезды, наподобие нашего Солнца. Также, это может иметь важное влияние на понимание планет, найденных за пределами Солнечной системы.

Закончив данное исследование, команда астрономов планирует изучать другие, более старые, звездные скопления и продолжить калибровку их звездных "часов". Эти измерения будут более сложными, потому что старые звезды вращаются медленнее и имеют меньше пятен, а это означает, что изменение яркости будет еще меньше и более длительным. Тем не менее, астрономы заверили, что они чувствуют в себе силы справиться с этой задачей.

Эта история составлена на основе пресс-релиза, опубликованного Гарвард-Смитсоновским центром астрофизики. Содержание и длина текста могли быть изменены при переводе. За дополнительной информацией обращаться к первоисточнику.

Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. How to Learn a Star's True Age.
http://www.cfa.harvard.edu/news/2011-15