Teleskop NASA Roman zmierzy wiek gwiazd
Mierząc okresy rotacji setek tysięcy gwiazd, Kosmiczny Teleskop Nancy Grace Roman NASA, uruchomieniu w maju 2027 roku, pozyska nowe dane o wieku populacji gwiazd w naszej galaktyce Drogi Mlecznej.
Określenie wieku gwiazd jest dla astronomów wyzwaniem. Gdy gwiazda taka jak nasze Słońce przejdzie w stabilną fuzję jądrową, czyli dojrzałą fazę swojego życia, przez miliardy lat niewiele się zmienia. Jednym z wyjątków od tej reguły jest okres rotacji gwiazdy – jak szybko się obraca, co umożliwi Kosmiczny Teleskop Nancy Grace Roman NASA.
Jak tłumaczą naukowcy z NASA, gwiazdy rodzą się szybko wirując. Jednak te o masie Słońca lub mniejszej będą stopniowo zwalniać przez miliardy lat. Spowolnienie to jest spowodowane interakcjami między strumieniem naładowanych cząstek zwanych wiatrem gwiazdowym a własnym polem magnetycznym gwiazdy. Interakcje te odbierają gwieździe moment pędu, powodując, że obraca się ona wolniej.
Efekt ten, zwany przez badaczy hamowaniem magnetycznym, różni się w zależności od siły pola magnetycznego gwiazdy. Szybciej wirujące gwiazdy mają silniejsze pola magnetyczne, co powoduje ich szybsze spowolnienie. Ze względu na wpływ tych pól magnetycznych, po około miliardzie lat gwiazdy o tej samej masie i wieku będą obracać się w tym samym tempie. Znając masę i tempo rotacji gwiazdy, astronomowie mogą potencjalnie oszacować jej wiek. Znając wiek dużej populacji gwiazd, można badać, w jaki sposób galaktyka formowała się i ewoluowała w czasie.
Astronomowie szukają zmian w jasności odległych gwiazd spowodowanych przez plamy gwiezdne, aby zmierzyć tempo ich rotacji. Plamy gwiezdne są chłodniejszymi, ciemniejszymi powierzchniami. Gdy znajdzie się ona w polu widzenia obserwatora, gwiazda będzie nieco ciemniejsza niż wtedy, gdy plama znajduje się po drugiej stronie tego obiektu.
Jeśli na gwieździe znajduje się pojedyncza, duża plama, jak tłumaczą naukowcy, będzie ona doświadczać regularnego wzoru ściemniania i rozjaśniania, gdy plama obraca się i znika z pola widzenia. Jednak gwiazda może mieć dziesiątki plam rozproszonych na swojej powierzchni, mogą one również zmieniać się w czasie, co znacznie utrudnia wyodrębnienie okresowych sygnałów ściemniania z rotacji gwiazdy.
Astronomowie z University of Florida opracowują nowe techniki pozwalające wyodrębnić okres rotacji na podstawie pomiarów jasności gwiazdy w czasie. Wykorzystują rodzaj sztucznej inteligencji znanej jako „convolutional neural network” do analizy krzywych blasku lub wykresów jasności gwiazdy w czasie. Aby to zrobić, sieć neuronowa musi najpierw zostać przeszkolona na symulowanych krzywych świetlnych. Zachary Claytor, główny autor projektu, napisał program o nazwie „butterpy” do generowania takich krzywych światła.
„Program ten pozwala użytkownikowi ustawić szereg zmiennych, takich jak tempo rotacji gwiazdy, liczba plam i czas życia plam. Następnie program oblicza, w jaki sposób plamy powstają, ewoluują i zanikają w miarę rotacji gwiazdy i przekształca ewolucję plam w krzywą blasku” – wyjaśnia Zachary Claytor.
Naukowcy wykorzystali już swoją wyszkoloną sieć neuronową do danych z satelity NASA TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). Dokładny pomiar dłuższych okresów rotacji gwiazd jest trudny, jednak wyszkolona przez badaczy sieć neuronowa była w stanie dokładnie zmierzyć dłuższe okresy rotacji przy użyciu danych TESS.
Teleskop Kosmiczny Roman będzie zbierał dane dotyczące setek milionów gwiazd w ramach badania Galactic Bulge Time Domain Survey, jednego z trzech głównych badań, które przeprowadzi. Roman będzie spoglądał w kierunku centrum naszej galaktyki – regionu wypełnionego gwiazdami, aby zmierzyć, jak wiele z nich zmienia swoją jasność w czasie. Pomiary te umożliwią przeprowadzenie wielu badań naukowych, od poszukiwania odległych egzoplanet po określanie tempa rotacji gwiazd.
Emil Gołoś
