Wykorzystując tablicę CHARA na Georgia State University, naukowcy przedstawili nowe spostrzeżenia na temat Gwiazdy Polarnej, Gwiazdy Północnej.
Znana ze swojej roli w nawigacji i najjaśniejsza w układzie potrójnym, Polaris została teraz zaobserwowana bardziej szczegółowo, ujawniając, że jej rozmiar jest 46 razy większy od Słońca i uwidacznia duże plamy na powierzchni. Odkrycia te mają kluczowe znaczenie dla wykorzystania cefeid jako kosmicznych mierników, pomocnych w pomiarze odległości kosmicznych i ekspansji Wszechświata.
Naukowcy korzystający z układu Centrum Astronomii Wysokiej Rozdzielczości Kątowej (CHARA) Uniwersytetu Georgia State odkryli nowe szczegóły dotyczące rozmiaru i wyglądu Gwiazdy Północnej, znanej również jako Polaris. Nowe badanie opublikowano 20 sierpnia w The Dziennik astrofizyczny.
Biegun północny Ziemi wskazuje kierunek w przestrzeni oznaczony przez Gwiazdę Północną. Polaris jest zarówno pomocą w nawigacji, jak i niezwykłą gwiazdą samą w sobie. Jest najjaśniejszym członkiem układu potrójnego i pulsującą gwiazdą zmienną. Polaris okresowo jaśnieje i słabnie, gdy średnica gwiazdy rośnie i kurczy się w cyklu czterodniowym.
Charakterystyka Gwiazdy Polarnej jako zmiennej cefeidy
Polaris jest rodzajem gwiazdy znanej jako zmienna cefeidy. Astronomowie używają tych gwiazd jako „standardowych świec”, ponieważ ich prawdziwa jasność zależy od okresu pulsacji: jaśniejsze gwiazdy pulsują wolniej niż słabsze gwiazdy. To, jak jasna jest gwiazda na niebie, zależy od jej prawdziwej jasności i odległości od gwiazdy. Ponieważ znamy prawdziwą jasność cefeidy na podstawie jej okresu pulsacji, astronomowie mogą wykorzystać ją do pomiaru odległości do galaktyk macierzystych i wywnioskowania tempa ekspansji Wszechświata.
Techniki i odkrycia obserwacyjne
Zespół astronomów pod przewodnictwem Nancy Evans z Centrum Astrofizyki | Harvard & Smithsonian obserwował Gwiazdę Polarną za pomocą optycznego układu interferometrycznego CHARA składającego się z sześciu teleskopów w Mount Wilson w Kalifornii. Celem badań było sporządzenie mapy orbity bliskiego, słabego towarzysza, który okrąża Polaris co 30 lat.
„Mała odległość i duży kontrast jasności pomiędzy obiema gwiazdami sprawiają, że rozróżnienie układu podwójnego podczas ich największego zbliżenia sprawia niezwykle trudne wyzwanie” – powiedział Evans.
Sieć CHARA łączy światło sześciu teleskopów rozmieszczonych na szczycie góry w historycznym Obserwatorium Mount Wilson. Łącząc światło, sieć CHARA działała jak 330-metrowy teleskop, wykrywając słabego towarzysza przelatującego blisko Gwiazdy Polarnej. Obserwacje Gwiazdy Polarnej rejestrowano za pomocą kamery MIRC-X zbudowanej przez astronomów z Uniwersytetu Michigan i Uniwersytetu Exeter w Wielkiej Brytanii. Kamera MIRC-X ma niezwykłą zdolność rejestrowania szczegółów powierzchni gwiazd.
Zespół z powodzeniem prześledził orbitę bliskiego towarzysza i zmierzył zmiany w wielkości cefeidy podczas jej pulsowania. Ruch orbitalny pokazał, że Polaris ma masę pięciokrotnie większą od masy Słońca. Zdjęcia Polaris pokazały, że ma ona średnicę 46 razy większą od Słońca.
Implikacje i przyszłe badania
Największą niespodzianką było pojawienie się Polaris na zbliżeniach. Obserwacje CHARA dostarczyły pierwszego wglądu w wygląd powierzchni zmiennej cefeidy.
„Obrazy CHARA ujawniły duże jasne i ciemne plamy na powierzchni gwiazdy polarnej, które zmieniały się w czasie” – powiedziała Gail Schaefer, dyrektor CHARA Array. Obecność plam i rotację gwiazdy można powiązać ze 120-dniową zmianą mierzonej prędkości.
„Planujemy kontynuować obrazowanie Polaris w przyszłości” – powiedział John Monnier, profesor astronomii na Uniwersytecie Michigan. „Mamy nadzieję lepiej zrozumieć mechanizm generujący plamy na powierzchni gwiazdy polarnej”.
Odniesienie: „Orbita i masa dynamiczna Polaris: Obserwacje za pomocą układu CHARA” autorstwa Nancy Remage Evans, Gail H. Schaefer, Alexandre Gallenne, Guillermo Torres, Elliott P. Horch, Richard I. Anderson, John D. Monnier, Rachael M. Roettenbacher, Fabien Baron, Narsireddy Anugu, James W. Davidson, Pierre Kervella, Garance Bras, Charles Proffitt, Antoine Mérand, Margarita Karovska, Jeremy Jones, Cyprien Lanthermann, Stefan Kraus, Isabelle Codron, Howard E. Bond i Giordano Viviani, 20 sierpień 2024, Dziennik astrofizyczny.
DOI: 10.3847/1538-4357/ad5e7a
Nowe obserwacje Polaris zostały wykonane i zarejestrowane w ramach programu otwartego dostępu w CHARA Array, gdzie astronomowie z całego świata mogą ubiegać się o czas za pośrednictwem Narodowego Laboratorium Badań Astronomii Optycznej w Podczerwieni (NOIRLab).
Program otwartego dostępu CHARA Array jest finansowany przez Narodową Fundację Nauki (grant AST-2034336). Wsparcie instytucjonalne dla CHARA Array zapewnia Georgia State College of Arts & Sciences oraz Biuro Wiceprezesa ds. Badań i Rozwoju Gospodarczego.
