Astronomen hebben een nieuwe en verbeterde methode bedacht om de massa van miljoenen solitaire sterren te meten, vooral die met planetaire systemen.

Het verkrijgen van nauwkeurige metingen van hoeveel sterren wegen, speelt niet alleen een cruciale rol bij het begrijpen hoe sterren worden geboren, evolueren en sterven, maar het is ook essentieel bij het beoordelen van de ware aard van de duizenden exoplaneten waarvan nu bekend is dat ze om de meeste andere sterren draaien.

De methode is op maat gemaakt voor de Gaia-missie van de European Space Agency, die bezig is het Melkwegstelsel in drie dimensies in kaart te brengen, en NASA's aanstaande Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), die volgend jaar gelanceerd zal worden en de 200, 000 helderste sterren aan het firmament op zoek naar buitenaardse aardes.

"We hebben een nieuwe methode ontwikkeld om solitaire sterren te 'wegen', " zei Stevenson hoogleraar natuurkunde en sterrenkunde Keivan Stassun, die de ontwikkeling leidde. "Eerst, we gebruiken het totale licht van de ster en zijn parallax om zijn diameter af te leiden. Volgende, we analyseren de manier waarop het licht van de ster flikkert, wat ons een maat geeft voor de zwaartekracht aan het oppervlak. Dan combineren we de twee om de totale massa van de ster te krijgen."

Stassun en zijn collega's - Enrico Corsaro van INAF-Osservatorio Astrofisico di Catania in Italië, Joshua Pepper van Leigh University en Scott Gaudi van Ohio State University - beschrijven de methode en demonstreren de nauwkeurigheid ervan met behulp van 675 sterren met een bekende massa in een artikel getiteld "Empirical, nauwkeurige massa's en stralen van enkele sterren met TESS en GAIA" geaccepteerd voor publicatie in de Astronomisch tijdschrift .

traditioneel, de meest nauwkeurige methode voor het bepalen van de massa van verre sterren is het meten van de banen van dubbelstersystemen, binaire bestanden genoemd. Dankzij de bewegingswetten van Newton kunnen astronomen de massa's van beide sterren berekenen door hun banen zeer nauwkeurig te meten. Echter, minder dan de helft van de sterrenstelsels in de melkweg zijn dubbelsterren, en dubbelsterren vormen slechts ongeveer een vijfde van de rode dwergsterren die een gewaardeerd jachtgebied zijn geworden voor exoplaneten, daarom hebben astronomen een aantal andere methoden bedacht om de massa's van solitaire sterren te schatten. De fotometrische methode die sterren classificeert op kleur en helderheid is de meest algemene, maar het is niet erg nauwkeurig. asteroseismologie, die lichtfluctuaties meet die worden veroorzaakt door geluidspulsen die door het binnenste van een ster reizen, is zeer nauwkeurig, maar werkt alleen op enkele duizenden van de dichtstbijzijnde, helderste sterren.

"Onze methode kan de massa van een groot aantal sterren meten met een nauwkeurigheid van 10 tot 25 procent. In de meeste gevallen dit is veel nauwkeuriger dan mogelijk is met andere beschikbare methoden, en belangrijker nog, het kan worden toegepast op solitaire sterren, dus we zijn niet beperkt tot dubbelsterren, ' zei Stassun.

De techniek is een uitbreiding van een aanpak die Stassun vier jaar geleden ontwikkelde met promovendus Fabienne Bastien, die nu een assistent-professor is aan de Pennsylvania State University. Met behulp van speciale datavisualisatiesoftware ontwikkeld door een neuro-divers team van Vanderbilt-astronomen, Bastein ontdekte een subtiel flikkerpatroon in sterlicht dat waardevolle informatie bevat over de zwaartekracht van een ster.

Vorig jaar, Stassun en zijn medewerkers ontwikkelden een empirische methode om de diameter van sterren te bepalen met behulp van gepubliceerde sterrencatalogusgegevens. Het omvat het combineren van informatie over de helderheid en temperatuur van een ster met Gaia Mission parallax-gegevens. (Het parallax-effect is de schijnbare verplaatsing van een object veroorzaakt door een verandering in het gezichtspunt van de waarnemer.)

"Door deze twee technieken samen te voegen, we hebben aangetoond dat we de door NASA's Kepler-missie gecatalogiseerde massa van sterren kunnen schatten met een nauwkeurigheid van ongeveer 25 procent en we schatten dat dit een nauwkeurigheid van ongeveer 10 procent zal opleveren voor de soorten sterren waarop de TESS-missie zich zal richten, ' zei Stassun.

Het vaststellen van de massa van een ster met een planetair systeem is een cruciale factor bij het bepalen van de massa en grootte van de planeten die eromheen cirkelen. Een fout van 100 procent in de schatting van de massa van een ster, wat typisch is voor de fotometrische methode, kan resulteren in een fout van maar liefst 67 procent bij het berekenen van de massa van zijn planeten. Dit is ongeveer gelijk aan het verschil tussen een Mercurius en een aarde. Dus, het is uiterst belangrijk om de aard van alle buitenaardse werelden die astronomen de afgelopen jaren zijn begonnen op te sporen, goed te kunnen beoordelen.