Используя особые свойства гамма-телескопов, исследователи научились определять диаметры далеких звезд. Исследования с использованием системы Very Energetic Radiation Imaging System, то есть «Особо энергетической радиационной визуализации» (Veritas), обеспечили возможность определить размеры гигантской звезды на расстоянии 2674 световых лет и звезды солнечного типа на расстоянии 700 световых лет от нас. Астрофизики научной группы Тарека Хасана из службы Немецкого электронного синхротрона (Дези) и Майкл Дэниел из Смитсоновской астрофизической обсерватории (САО) представили свои выводы в журнале Nature Astronomy.
Если астероид проходит перед звездой, создается дифракционная картина. Отсюда исследователи могут получить сведения о диаметре самой звезды. Иллюстрация: DESY/Lucid Berlin
Почти каждая звезда в ночном небе слишком далека даже для самых лучших телескопов, чтобы непосредственно определить ее размеры. Поэтому исследователи научились использовать для определения диаметров звезд оптическое явление, называемое дифракцией. Такой эффект можно наблюдать, наряду с прочим, когда астероид из нашей Солнечной системы случайным образом проходит перед далекой звездой. «Чрезвычайно слабые тени астероидов отражаются и падают на нас каждый день», - говорит Хасан. - «Но при этом края таких теней не выглядят резкими и четкими. Наоборот, центральная тень окружена узорами света, напоминающими маленькие водяные волны». Физики называют это дифракционной картиной.
Охота на гамма-кванты
Форма этого узора позволяет сделать выводы о протяженности источника света, хотя сам узор звезды на астероиде измерить чрезвычайно трудно. «Перекрытия звезд астероидами очень трудно предсказать», - рассказывает Даниэль. - «И дифракционная картина может быть выявлена только с помощью скоростной фотографии, когда тень проходит через телескоп». Астрономы уже производили замеры звезд, которые были временно перекрыты Луной. Но это работает только до определенного видимого размера, то есть до углового диаметра, равного одной тысячной доли угловой секунды. Для сравнения: примерно так выглядела бы монета в два евроцента на парижской Эйфелевой башне с расстояния, равного расстоянию до Нью-Йорка.
Правда, на земном небе не так уж много звезд могут похвастаться такими размерами. И чтобы определить еще меньшие угловые диаметры, команда использовала так называемые «телескопы Черенкова». Эти приборы используются специально для съемки чрезвычайно короткого и слабого синеватого свечения, которое происходит тогда, когда энергетическая частица или гамма-квант из космоса попадает в атмосферу Земли. Телескопы Черенкова не обеспечивают наилучшего качества снимков, но благодаря их большой зеркальной поверхности, которая обычно сегментирована, как глаз насекомого, на отдельные гексагональные зеркала, и их мощным камерам, эти инструменты особенно чувствительны к световым колебаниям.
Успешные измерения в Аризоне
В обсерватории Фреда Лоуренса Уиппла в американском штате Аризона команде астрофизиков удалось запечатлеть дифракционную картину звезды TYC 5517-227-1, в то время как 22 февраля 2018 года она была временно перекрыта 60-километровым астероидом Импринетта. С помощью телескопов Veritas была сделана запись со скоростью 300 изображений в секунду, по которой удалось с большой точностью определить профиль яркости дифракционной картины. Это привело к результату, что видимый размер звезды на небе, а значит и ее угловой диаметр, составил 0,125 тысячных угловой секунды. Зная расстояние до объекта в 2674 световых года, ученые вычислили и диаметр звезды, который в одиннадцать раз превышает диаметр нашего Солнца. Это позволило однозначно отнести звезду к классу красных гигантов, что было невозможным ранее.
Тремя месяцами позже астрономы исследовали также и звезду TYC 278-748-1, которая была перекрыта 22 мая 2018 года 88-километровым астероидом Пенелопа. Проведенный анализ дал в результате угловой диаметр 0,094 тысячных угловой секунды, что при удалении звезды на 700 световых лет от Солнца означает, что ее диаметр в 2,17 раза больше диаметра нашего светила. Это совпало с более ранней оценкой диаметра звезды, которая показывала 2,173 солнечных диаметра, но для этого были использованы косвенные методы.
«Это самый маленький угловой диаметра звезды, из всех когда-либо измеренных», - заявил Даниэль. - «Наблюдение звездных перекрытий астероидами с помощью телескопов Черенкова дает в десять раз лучшее разрешение, чем стандартный метод перекрытия звезд Луной. И это дает как минимум вдвое большую точность, чем интерферометрическое определение размеров». По мнению авторов, погрешность измерения нового метода в настоящее время составляет около десяти процентов. «Мы ожидаем, что такой показатель может быть значительно улучшен за счет оптимизированных настроек, например, путем ограничения наблюдаемых длин волн определенной областью», - сказал напоследок исследователь.
