Observații în infraroșu dezvăluie discrepanțe în modelele distribuției luminii stelare
Astronomii care utilizează rețeaua CHARA (Center for High Angular Resolution Astronomy) a Universității de Stat din Georgia au descoperit că stelele din apropiere își întunecă marginile mai puternic la lungimi de undă din infraroșul apropiat decât prevăd mai multe modele larg utilizate ale atmosferelor stelare. Rezultatele oferă un nou punct de referință empiric pentru înțelegerea structurii stelare.
Echipa de cercetare a măsurat modul în care luminozitatea a 31 de stele din apropiere se modifică de la centrul discului stelar până la marginea acestuia. Acest efect, cunoscut sub numele de întunecare de margine (limb darkening), face ca o stea să apară mai slabă la margine decât în centru. Observațiile arată că întunecarea de margine se modifică mai puternic la lungimile de undă din infraroșul apropiat decât prezic mai multe modele de atmosferă stelară larg utilizate.
Întunecarea de margine apare pentru că stelele nu sunt discuri uniform luminoase. Lumina din apropierea centrului discului stelar provine din straturi mai adânci și mai fierbinți ale atmosferei, în timp ce lumina de la margine provine din straturi mai puțin adânci și mai reci și traversează mai mult material stelar.
„Nu măsurăm doar cât de mari sunt aceste stele”, a declarat autorul principal Narsireddy Anugu, om de știință în cadrul rețelei CHARA a Universității de Stat din Georgia. „Măsurăm modul în care lumina lor este distribuită pe discul stelar, ceea ce testează direct modelele de atmosferă stelară.”
Măsurarea suprafețelor stelare cu două filtre
Observând aceleași stele simultan prin două filtre diferite din infraroșul apropiat, echipa a măsurat modul în care întunecarea de la centru spre margine se modifică în funcție de lungimea de undă. După cum era de așteptat, cercetătorii au constatat că întunecarea de margine este mai slabă la lungimi de undă mai mari. Totuși, variația măsurată a fost mai mare decât cea prevăzută de mai multe modele de atmosferă stelară utilizate în mod obișnuit.
„Acest studiu demonstrează capacitățile puternice ale facilității noastre”, a declarat Gail Schaefer, directoarea rețelei CHARA. „Combinând lumina de la telescoape amplasate pe tot vârful muntelui, putem imagina stelele cu suficient detaliu pentru a vedea cum arată de fapt suprafețele lor.”
Amplasată pe Mount Wilson, în California, rețeaua CHARA combină lumina de la șase telescoape poziționate în diferite locuri ale observatorului. Combinând lumina pentru a produce interferență, CHARA atinge puterea de rezoluție a unui telescop mult mai mare. În loc să capteze imagini directe ale stelelor, CHARA măsoară modul în care contrastul modelului de interferență se modifică odată cu distanța dintre telescoape. Aceste măsurători dezvăluie atât dimensiunea unei stele, cât și modul în care luminozitatea se modifică pe suprafața sa.
Studiul s-a concentrat pe 31 de stele strălucitoare aflate în etape târzii ale vieții lor, când straturile lor exterioare s-au extins spre exterior. Aceste stele evoluate — subgigante, gigante și supergigante — oferă teste deosebit de valoroase pentru modelele de atmosferă stelară, deoarece mișcarea convectivă amplă din atmosferele lor extinse poate produce profile complexe de luminozitate.
O variație mai mare decât prezic modelele
Întunecarea de margine afectează măsurătorile diametrelor stelare. De asemenea, influențează modul în care astronomii caracterizează proprietățile exoplanetelor care tranzitează suprafața stelei părinte. Cantitatea de lumină blocată de exoplanetă în timpul unui tranzit depinde de luminozitatea de pe discul stelar.
Pe întregul eșantion, intensitatea întunecării de margine a scăzut cu aproximativ 38% pe măsură ce lungimea de undă din infraroșul apropiat a crescut de la 1,6 microni la 2,2 microni. Modelele de atmosferă testate în studiu au prezis aceeași tendință generală — o întunecare de margine mai slabă la lungimi de undă infraroșii mai mari — dar o scădere mai mică, de aproximativ 17% până la 22%.
Rezultatele arată că modelele actuale surprind comportamentul general, dar nu reproduc pe deplin dependența de lungimea de undă. Studiul, publicat în The Astronomical Journal, oferă un nou punct de referință empiric pentru testarea modelelor de atmosferă stelară în infraroșul apropiat.
În plus, echipa nu a găsit dovezi ale unor caracteristici de suprafață precum pete stelare mari sau stele companion ascunse în eșantion. Lucrările viitoare vor extinde comparația la o acoperire mai largă a lungimilor de undă, de la lumina vizibilă până la infraroșul apropiat. Echipa plănuiește, de asemenea, să imagineze stele mai mici de pe secvența principală, care sunt mai dificil de rezolvat, dar sunt deosebit de importante pentru înțelegerea exoplanetelor care tranzitează stele asemănătoare Soarelui.
