Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Sử dụng khả năng độc đáo của kính viễn vọng chuyên về tia gamma vũ trụ, các nhà khoa học đã đo kích thước rõ ràng nhỏ nhất của một ngôi sao trên bầu trời đêm cho đến nay. Các phép đo cho thấy đường kính của một ngôi sao khổng lồ cách xa 2.674 năm ánh sáng và của một ngôi sao giống như mặt trời ở khoảng cách 700 năm ánh sáng.
Sử dụng khả năng độc đáo của kính viễn vọng chuyên về tia gamma vũ trụ, các nhà khoa học đã đo kích thước rõ ràng nhỏ nhất của một ngôi sao trên bầu trời đêm cho đến nay. Các phép đo với Hệ thống Mảng Kính viễn vọng Hình ảnh Phóng xạ Rất Năng lượng (VERITAS) cho thấy đường kính của một ngôi sao khổng lồ cách xa 2674 năm ánh sáng và của một ngôi sao giống như mặt trời ở khoảng cách 700 năm ánh sáng. Nghiên cứu thiết lập một phương pháp mới cho các nhà thiên văn học để xác định kích thước của các ngôi sao, khi nhóm nghiên cứu quốc tế do Tarek Hassan từ DESY và Michael Daniel từ Đài thiên văn thiên văn Smithsonian (SAO) báo cáo trên tạp chí Nature Astronomy .
Hầu như bất kỳ ngôi sao nào trên bầu trời là quá xa để có thể giải quyết bằng ngay cả các kính viễn vọng quang học tốt nhất. Để khắc phục hạn chế này, các nhà khoa học đã sử dụng một hiện tượng quang học gọi là nhiễu xạ để đo đường kính của sao. Hiệu ứng này minh họa bản chất sóng của ánh sáng và xảy ra khi một vật thể, như một tiểu hành tinh, đi qua phía trước một ngôi sao. “Những bóng tối mờ nhạt đến khó tin của các tiểu hành tinh lướt qua chúng ta hàng ngày,” Hassan giải thích. “Nhưng vành bóng của chúng không sắc nét hoàn hảo. Thay vào đó, những nếp nhăn của ánh sáng bao quanh bóng trung tâm, như những gợn sóng nước.” Đây là một hiện tượng quang học chung gọi là mô hình nhiễu xạ và có thể được sao chép trong bất kỳ phòng thí nghiệm trường học nào bằng tia laser chiếu vào một cạnh sắc nét.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng thực tế là hình dạng của mô hình có thể tiết lộ kích thước góc của nguồn sáng. Tuy nhiên, khác với phòng thí nghiệm của trường, mô hình nhiễu xạ của một ngôi sao bị che khuất bởi một tiểu hành tinh rất khó đo lường. “Những sự huyền bí của tiểu hành tinh này rất khó dự đoán”, Daniel nói. “Và cơ hội duy nhất để bắt được mô hình nhiễu xạ là tạo ra những bức ảnh chụp rất nhanh khi bóng tối quét qua kính viễn vọng.” Các nhà thiên văn học đã đo kích thước góc của các ngôi sao theo cách này được mặt trăng che khuất. Phương pháp này hoạt động ngay đến đường kính góc khoảng một phần nghìn giây, tương đương với kích thước rõ ràng của đồng xu hai xu trên đỉnh tháp Eiffel ở Paris khi nhìn từ New York.
Tuy nhiên, không có nhiều ngôi sao trên bầu trời là “lớn”. Để giải quyết các đường kính góc nhỏ hơn, nhóm nghiên cứu đã sử dụng kính thiên văn Cherenkov. Những dụng cụ này thường trông chừng ánh sáng xanh cực ngắn và mờ mà các hạt năng lượng cao và tia gamma từ vũ trụ tạo ra khi chúng chạm trán và chạy đua trong bầu khí quyển của Trái đất. Kính thiên văn Cherenkov không tạo ra hình ảnh quang học tốt nhất. Nhưng nhờ bề mặt gương khổng lồ của chúng, thường được phân chia thành các hình lục giác như mắt ruồi, chúng cực kỳ nhạy cảm với các biến đổi ánh sáng nhanh, bao gồm cả ánh sáng sao.
Sử dụng bốn kính viễn vọng lớn của VERITAS tại Đài quan sát Whíp Fred Lawrence ở Arizona, nhóm nghiên cứu có thể phát hiện rõ mô hình nhiễu xạ của ngôi sao TYC 5517-227-1 khi nó được chụp bởi tiểu hành tinh Imprinetta dài 60 km vào ngày 22 tháng 2 năm 2018. Các kính viễn vọng VERITAS được phép chụp 300 ảnh chụp mỗi giây. Từ những dữ liệu này, cấu hình độ sáng của mẫu nhiễu xạ có thể được xây dựng lại với độ chính xác cao, dẫn đến đường kính góc hoặc rõ ràng của ngôi sao là 0,125 mili giây. Cùng với khoảng cách 2674 năm ánh sáng, điều này có nghĩa là đường kính thực của ngôi sao gấp mười lần so với mặt trời của chúng ta. Thật thú vị, kết quả này phân loại ngôi sao có đẳng cấp mơ hồ trước đây là một ngôi sao khổng lồ đỏ.
Các nhà nghiên cứu đã lặp lại kỳ tích ba tháng sau đó vào ngày 22 tháng 5 năm 2018, khi tiểu hành tinh Penelope có đường kính 88 km che khuất ngôi sao TYC 278-748-1. Các phép đo dẫn đến kích thước góc 0,094 milliarcs giây và đường kính thực gấp 2,17 lần so với mặt trời của chúng ta. Lần này, nhóm nghiên cứu có thể so sánh đường kính với ước tính trước đó dựa trên các đặc điểm khác của ngôi sao đã đặt đường kính của nó bằng 2,173 lần đường kính mặt trời – một trận đấu xuất sắc, mặc dù ước tính trước đó không dựa trên phép đo trực tiếp.
“Đây là kích thước góc nhỏ nhất của một ngôi sao từng được đo trực tiếp”, Daniel nhấn mạnh. “Cấu hình các thiên thạch huyền bí của các ngôi sao bằng kính viễn vọng Cherenkov mang lại độ phân giải tốt hơn mười lần so với phương pháp che khuất mặt trăng tiêu chuẩn. Ngoài ra, nó ít nhất gấp đôi so với các phép đo kích thước giao thoa kế có sẵn.” Sự không chắc chắn của các phép đo này là khoảng mười phần trăm, như các tác giả viết. “Chúng tôi hy vọng điều này có thể được cải thiện đáng chú ý bằng cách tối ưu hóa thiết lập, ví dụ như thu hẹp bước sóng của các màu được ghi lại,” Daniel nói. Do các bước sóng khác nhau bị nhiễu xạ khác nhau, nên mẫu bị mờ đi nếu có quá nhiều màu được ghi cùng một lúc.
“Nghiên cứu thí điểm của chúng tôi thiết lập một phương pháp mới để xác định đường kính thực của các ngôi sao”, Hassan tóm tắt. Các nhà khoa học ước tính rằng các kính viễn vọng phù hợp có thể quan sát nhiều hơn một tiểu hành tinh mỗi tuần. “Vì cùng một ngôi sao trông càng nhỏ càng xa, nên di chuyển đến đường kính góc nhỏ hơn cũng có nghĩa là mở rộng phạm vi quan sát”, Hassan giải thích. “Chúng tôi ước tính rằng phương pháp của chúng tôi có thể phân tích các ngôi sao xa tới mười lần so với phương pháp huyền bí mặt trăng tiêu chuẩn cho phép. Tất cả cùng nhau, kỹ thuật này có thể cung cấp đủ dữ liệu cho các nghiên cứu dân số.”
Nguồn tin tức:
Các tài liệu được cung cấp bởi Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :