Kijk omhoog naar de lucht op een heldere nacht, en je zult veel sterren zien. Soms lijken ze bijna binnen handbereik of op zijn minst een korte raketvlucht. Maar de ster die het dichtst bij de aarde staat - onze zon niet meegerekend - is meer dan vier lichtjaar verwijderd, op een afstand van 25 biljoen mijl.

Er zijn meer dan 100 miljard sterren in ons Melkwegstelsel, en, terwijl we veel over hen hebben geleerd, er zijn er relatief weinig waarvan de grootte direct is gemeten omdat ze zo ver weg zijn. De grootte van een ster is een belangrijk stukje informatie dat vele andere mysteries ontsluit. Er zijn verschillende methoden gebruikt om stergroottes te meten, toch heeft elk zijn beperkingen.

Maar nu een internationaal team, waaronder onderzoekers van de Universiteit van Delaware, heeft een nieuwe manier ontdekt om de grootte van sterren te bepalen. Hun methode is gebaseerd op de unieke mogelijkheden van het Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (VERITAS) van het Fred Lawrence Whipple Observatory in Arizona - en asteroïden die op precies de juiste plaats en tijd passeren.

Met behulp van de techniek, een samenwerking van 23 universiteiten en onderzoeksinstituten, onder leiding van Tarek Hassan van Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) en Michael Daniel van het Smithsonian Astrophysical Observatory, heeft de diameters van een gigantische ster 2 onthuld, 674 lichtjaar verwijderd, en een zonachtige ster op een afstand van 700 lichtjaar - de kleinste ster die tot nu toe aan de nachtelijke hemel is gemeten. Het onderzoek werd maandag gemeld, 15 april in het journaal Natuurastronomie .

Een ster op maat maken

"Het kennen van de grootte van een ster is van algemeen belang, " zei Jamie Holder, universitair hoofddocent bij de afdeling Natuur- en Sterrenkunde van de UD en co-auteur van de studie. "Hoe groot en hoe heet een ster is, vertelt je hoe hij werd geboren, hoe lang het zal schijnen, en hoe het uiteindelijk zal sterven."

Toch is bijna elke ster aan de hemel te ver weg om nauwkeurig te worden gemeten door zelfs de beste optische telescopen.

"Je kunt het puntachtige beeld van een ster gewoon niet oplossen, 'Zei Holder. 'Het zal er wazig uitzien door je telescoop.'

Om deze beperking te overwinnen, wetenschappers gebruiken een optisch fenomeen genaamd diffractie om de diameter van een ster te meten. Wanneer een object voor een ster passeert, een gebeurtenis genaamd een "occultatie, " de schaduw en het omringende patroon van lichtgolven kunnen worden gebruikt om de grootte van de ster te berekenen.

In deze pilotstudie het object dat voor de ster passeerde was een asteroïde - een beetje ruimtepuin dat waarschijnlijk is overgebleven van toen de planeten ongeveer 4,6 miljard jaar geleden werden gevormd.

Asteroïden reizen met een gemiddelde snelheid van 15 mijl per seconde, wat bijdroeg aan de uitdaging van het team. Normaal gesproken, de VERITAS-telescopen kijken naar de vage blauwachtige blip die hoogenergetische kosmische deeltjes en gammastralen produceren wanneer ze door de atmosfeer van de aarde racen. Hoewel de telescopen niet de beste optische beelden produceren, ze zijn extreem gevoelig voor snelle variaties van licht, inclusief sterrenlicht, dankzij hun enorme spiegeloppervlak, gesegmenteerd in zeshoeken als een vliegenoog. Holder was in 2006 betrokken bij de bouw en inbedrijfstelling van de telescopen, en alle lichtsensormodules voor de vier telescopen werden bij UD geassembleerd.

UD-promovendus doet baanbrekende observaties

Met behulp van de vier grote VERITAS-telescopen op 22 februari 2018, het team kon het diffractiepatroon van de ster TYC 5517-227-1 duidelijk detecteren toen de 60 kilometer lange asteroïde Imprinetta voorbijkwam. UD-promovendus Tyler Williamson was erbij voor de observatie.

"Het was de eerste keer dat we dit soort metingen uitvoerden, dus we zorgden ervoor dat we onszelf voldoende tijd gaven om op te zetten en de procedure precies te volgen, " zei Williamson, die een van de drie wetenschappers was die die nacht in dienst waren. "De occultatie zelf duurt slechts een paar seconden, maar we richten de telescoop ongeveer 15 minuten op de ster om een ​​schatting te krijgen van hoe het eruit ziet voor en na de gebeurtenis. Als u een schaduw wilt detecteren, je moet weten hoe het object eruitziet zonder dat iets het blokkeert."

Gebruikelijk, wanneer de bemanning gegevens neemt, een computer geeft hen een realtime beeld van wat ze verzamelen als het binnenkomt. Maar ze konden deze verduistering niet zien plaatsvinden. Ze moesten gewoon de telescoop richten en wachten.

"Niemand was er zeker van dat de occultatie überhaupt zichtbaar zou zijn vanaf onze locatie, " zei hij. "De meest recente schatting die we hadden om de nacht in te gaan, was dat er ongeveer 50 procent kans was dat de schaduw over ons observatorium zou vallen - de asteroïde is klein, en er waren onzekerheden in omvang en traject, waardoor het onmogelijk is om met zekerheid te zeggen waar de schaduw zou vallen."

De bemanning nam de gegevens, emailed it to the principal investigators on the project, and called it a night.

"I remember waking up the following afternoon to an email from the PIs with a nice plot showing a clear detection of the shadow, " Williamson said. "We were all very excited, en, as observers, we were quite happy to be a part of the result."

The VERITAS telescopes allowed the team to take 300 snapshots every second. From these data, the brightness profile of the diffraction pattern could be reconstructed with high accuracy, resulting in an angular, or apparent, diameter of the star of 0.125 milliarcseconds. Together with its distance of 2, 674 light-years, the scientists determined that the star's true diameter is 11 times that of our sun, categorizing it as a red giant star.

According to Holder, this star is about 200 million times farther away from us than the sun, but it's still well within our Milky Way Galaxy, which is 100, 000 light years across.

The researchers repeated the feat three months later on May 22, 2018, when asteroid Penelope with a diameter of 88 kilometers occulted the star TYC 278-748-1. The measurements resulted in an angular size of 0.094 milliarcseconds and a true diameter of 2.17 times that of our sun—the smallest star ever measured directly.

But "small" is relative. "This star is a G dwarf, twice as big as our sun and about 700 times farther away from us than our closest star, " Holder said.

While the new technique delivers a ten times better resolution than the standard method astronomers have been using, based on lunar occultation, and is twice as sharp as size measurements using interferometric techniques, Holder said the team is working to refine it for even greater accuracy.

"Asteroids pass by Earth every day, " Holder said. "VERITAS is gearing up to increase its observations and extend its observation range, building data on a whole new population of stars."