TESS в первую очередь охотится за мирами за пределами нашей солнечной системы, также известными как экзопланеты. Но его чувствительные измерения звездной яркости делают TESS идеальным для изучения звездных колебаний – области исследований, называемой астерсейсмологией.
Хон представил исследование на второй научной конференции TESS, мероприятии, которое проводилось при поддержке Массачусетского технологического института в Кембридже.
2-6 – где ученые обсуждают все аспекты миссии. Astrophysical Journal принял статью, описывающую результаты, под руководством Хон.
Звуковые волны, проходящие через любой объект – гитарную струну, органную трубу или недра Земли и Солнца – могут отражаться и взаимодействовать, усиливая одни волны и подавляя другие. Это может привести к упорядоченному движению, называемому стоячими волнами, которые создают звуки в музыкальных инструментах.
Прямо под поверхностью звезд, таких как Солнце, горячий газ поднимается, охлаждается, а затем опускается, где он снова нагревается, как кастрюля с кипящей водой на горячей плите.
Это движение создает волны изменяющегося давления – звуковые волны, которые взаимодействуют друг с другом, в конечном итоге вызывая устойчивые колебания с периодами в несколько минут, которые вызывают легкие изменения яркости. Для Солнца эти вариации составляют несколько частей на миллион. Гигантские звезды с массой, подобной солнечной, пульсируют намного медленнее, и соответствующие изменения яркости могут быть в сотни раз больше.
Колебания на Солнце впервые наблюдались в 1960-х годах.
Колебания, подобные солнечным, были обнаружены в тысячах звезд космическим телескопом CoRoT (Конвекция, вращение и планетные транзиты) под руководством Франции, который работал с 2006 по 2013 год. Миссии НАСА Kepler и K2, которые исследовали небо с 2009 по 2018 год, обнаружили десятки тысяч колеблющихся гигантов. Теперь TESS увеличивает это число еще в 10 раз.
«С такой большой выборкой гиганты, которые могут встречаться только в 1% случаев, становятся довольно обычным явлением», – сказал соавтор Джейми Тайар, научный сотрудник Хаббла из Гавайского университета. "Теперь мы можем задуматься о поиске еще более редких примеров."
Физические различия между виолончелью и скрипкой создают их отличительные голоса. Точно так же звездные колебания, которые наблюдают астрономы, зависят от внутренней структуры, массы и размера каждой звезды.
Это означает, что астросейсмология может помочь определить фундаментальные свойства большого количества звезд с точностью, недостижимой никаким другим способом.
«Наш первоначальный результат, основанный на измерениях звезд за первые два года работы TESS, показывает, что мы можем определять массы и размеры этих колеблющихся гигантов с точностью, которая будет только улучшаться по мере продолжения TESS», – сказал Марк Хон, научный сотрудник NASA Hubble в университете. Гавайев в Гонолулу. "Что действительно беспрецедентно, так это то, что широкий охват TESS позволяет нам проводить измерения равномерно почти по всему небу."
Когда звезды, похожие по массе на Солнце, превращаются в красных гигантов, на предпоследней фазе их звездной жизни их внешние слои расширяются в 10 или более раз.
Эти огромные газовые оболочки пульсируют с более длинными периодами и большими амплитудами, что означает, что их колебания можно наблюдать у более слабых и более многочисленных звезд.
TESS отслеживает большие участки неба в течение месяца с помощью своих четырех камер.
Во время своей двухлетней основной миссии TESS покрыл около 75% неба, каждая камера снимала полное изображение размером 24 на 24 градуса каждые 30 минут. В середине 2020 года камеры начали собирать эти изображения еще быстрее, каждые 10 минут.
Изображения были использованы для построения кривых блеска – графиков изменения яркости – для почти 24 миллионов звезд в течение 27 дней – промежуток времени, в течение которого TESS смотрит на каждую полосу неба.
Чтобы проанализировать это огромное количество измерений, Хон и его коллеги научили компьютер распознавать пульсирующих гигантов. Команда использовала машинное обучение, форму искусственного интеллекта, которая обучает компьютеры принимать решения на основе общих шаблонов без явного их программирования.
Чтобы обучить систему, команда использовала кривые блеска Кеплера для более чем 150 000 звезд, из которых около 20 000 были колеблющимися красными гигантами. Когда нейронная сеть завершила обработку всех данных TESS, она определила хор из 158 505 пульсирующих гигантов.
Затем команда нашла расстояния для каждого гиганта, используя данные миссии Gaia (Европейское космическое агентство) ЕКА, и нанесла массы этих звезд на небе. Звезды более массивные, чем Солнце, эволюционируют быстрее, становясь гигантами в более молодом возрасте. Фундаментальное предсказание галактической астрономии состоит в том, что более молодые звезды с большей массой должны располагаться ближе к плоскости галактики, которая отмечена высокой плотностью звезд, образующих светящуюся полосу Млечного Пути в ночном небе.
«Наша карта впервые эмпирически демонстрирует, что это действительно так почти для всего неба», – сказал соавтор Дэниел Хубер, доцент астрономии Гавайского университета. "С помощью Gaia, TESS предоставил нам билеты на концерт красных гигантов в небе."
TESS – это миссия NASA Astrophysics Explorer, возглавляемая и управляемая Массачусетским технологическим институтом в Кембридже, Массачусетс, и управляемая Центром космических полетов имени Годдарда НАСА. Дополнительные партнеры включают Northrop Grumman, базирующуюся в Фоллс-Черч, Вирджиния; Исследовательский центр Эймса НАСА в Силиконовой долине Калифорнии; Центр астрофизики | Гарвардский и Смитсоновский институт в Кембридже, Массачусетс; Лаборатория Линкольна Массачусетского технологического института; и Научный институт космического телескопа в Балтиморе.
Более десятка университетов, исследовательских институтов и обсерваторий по всему миру участвуют в миссии.