Nová metoda změří gravitaci na vzdálených hvězdách a pomůže tak najít obyvatelné planety

Nová metoda umožňuje přesné měření gravitačního zrychlení na hvězdách stejně tak jako velikost jejich exoplanet. Jak moc vážíme závisí na gravitaci samotné planety, na které stojíme. Stejně tak u hvězd je gravitace důležitým parametrem, který se v průběhu života hvězdy drasticky mění a poskytuje tak informace o stáří a stupni vývoje hvězdy. Vzhledem k tomu, že se nám hvězdy jeví jen jako malé světlé body na noční obloze je tuto hodnotu velmi těžké měřit.

Vědci z institutu Maxe-Plancka pro sluneční výzkum (v Göttingenu), vídeňské univerzity a vědci z Kanady, Francie a Austrálie rozvinuli novou metodu s níž můžou gravitaci na povrchu vzdálených hvězd určit s přesností na několik málo procent. To znamená, že lépe identifikují velikost a obyvatelnost exoplanet.

V posledních letech astronomové objevili přibližně dva tisíce planet u vzdálených hvězd (tzv. exoplanet), většinou tranzitní metodou. Při této metodě vědci hledají změny jasností, které nastanou, když planeta přechází před svou mateřskou hvězdou a tím blokuje část světla přicházející od ní. Ze světelné křivky pak vyplývá velikost planety – ale jen ve vztahu ke své hvězdě. Ke zjištění, zda je nově objevená planeta spíše podobná Zemi nebo se jedná o plynného obra jako je náš Jupiter, musíme znát přesné vlastnosti hvězdy. Z gravitačního zrychlení lze vypočítat velikost hvězdy a posléze i planety. Až do dneška byla přesná měření možná jen pro několik poměrně jasných hvězd.

Odborný časopis Science Advances informuje, že nová metoda umožňuje stanovit povrchovou gravitaci s velkou přesností na mnohem slabší hvězdy. Metoda používá minimální změny v jasu hvězd. Ačkoliv nám na první pohled připadají jasnosti hvězd na noční obloze konstantní, podléhají měřitelným změnám: zvukové vlny (oscilace) uvnitř hvězdy mění množství vyzářeného světla stejně tak jako konvektivní pohyby – stoupající horký plyn a jeho opětovné klesání po ochlazení. Oba jevy jsou přímo ovlivňovány gravitací hvězdy. Mohou se proto použít pro měření gravitace na jejím povrchu, která vyplývá z hmotnosti a poloměru hvězdy.

Nemusíme se dívat až do vesmíru, abychom tyhle jevy pozorovali. Stačí se kouknout do kuchyně, např. při ohřívání vody v hrnci, kdy teplá vodu stoupá k povrchu a po ochlazení opět klesá, vysvětluje Thomas Kallinger z university ve Vídni. Tato cirkulace přenášející energii se nazývá konvekce. Konvekce se mimo jiné koná také ve vrstvách Slunce, stejně jako ve většině hvězd v naší Galaxii.

Abychom mohli prozkoumat akustické vibrace a konvektivní pohyby uvnitř hvězdy, je jasnost hvězdy určena sledováním po dlouhou dobu v krátkých časových intervalech. Naměřené hodnoty jasu, v závislosti na čase, nám poskytnou světelnou křivku. Nejpřesnější metoda pro měření gravitační zrychlení, kterou máme k dispozici, je detailní analýza hvězdných oscilací a tím vzniklá světelná křivka. Tento proces lze však použít pouze u hvězd, u kterých jsou vibrace zřetelně odlišitelné od šumu pozadí. To je však možné pouze u jasných hvězd, kterých není tolik. Mnohem častěji se totiž astronomové zabývají hvězdami, které jsou příliš slabé na detailní zkoumání jejich oscilací. Jejich světelné křivky jsou mnohem více zašuměné. Způsobuje to poměr signálu k šumu, který mimo jiné závisí na jasu hvězdy. Čím slabší hvězda je, tím slabší signál detekujeme a tím obtížnější je to zpracovat. Při příliš zašuměných křivkách nelze jednotlivé frekvence extrahovat.

Nová metoda, kterou vědci nazývají Timescale Technique (celý název: autocorrelation function timescale technique), dovoluje měření i u slabých a vzdálených hvězd. Astronomové při ní filtrují světelné křivky, aby potlačili dlouhoperiodické signály, které pocházejí z magnetického pole hvězdy a nejsou přímo ovlivňovány povrchovou gravitací. Z filtrované světelné křivky tak vznikne typická časová skála signálů způsobených vibracemi a konvekcí. To se provádí pomocí tzv. high-pass filtru, který vytřídí z dat dlouhoperiodické signály. Musí být správně vybrána filtrovací frekvence. Nová metoda tedy zvýší odstup signál/šum na základně odfiltrování části světla, které přichází od hvězdy a které náleží dlouhoperiodickým změnám, které pochází z fyziologie hvězd.

Pro tuto jejich novou metodu vidí vědci bohaté využití. Např. budoucí mise PLATO nebo TESS můžou pracovat tímto způsobem. „Tato metoda nám poskytne přesné hodnoty hvězdných parametrů, kterou potřebujeme, abychom určili strukturu a stáří hvězd,“ říká spoluautorka Saskia Hekker z institutu Maxe- Plancka. „Výsledky pro jednotlivé hvězdy jsou velmi užitečné pro lepší pochopení naší Galaxie."

Zdroj: https://www.mpg.de

autor: Sylvie Gorková