Een ongekende verzameling pulserende gigantische rode sterren is geïdentificeerd door astronomen van het University of Hawai'i Institute for Astronomy (IfA). Met behulp van waarnemingen van NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), de onderzoekers ontdekten de sterren, wiens ritmes voortkomen uit interne geluidsgolven en de openingsakkoorden vormen van een symfonische verkenning van onze galactische omgeving.

Sinds de lancering in 2018, TESS heeft voornamelijk gejaagd op exoplaneten - werelden buiten ons zonnestelsel. Maar de gevoelige metingen van veranderende stellaire helderheid maken de telescoop ideaal voor het observeren van stellaire oscillaties of materiaal in de interne structuur van sterren. Het is een onderzoeksgebied dat asteroseismologie wordt genoemd.

"Ons eerste resultaat, met slechts een maand aan stellaire metingen van de eerste twee jaar van TESS, laat zien dat we de massa's en afmetingen van deze oscillerende reuzen kunnen bepalen met een hoge precisie die alleen maar zal verbeteren naarmate TESS vordert, " zei Marc Hon, een NASA Hubble Fellow bij IfA. "Wat echt ongeëvenaard is, is dat de brede dekking van TESS ons in staat stelt deze metingen uniform over bijna de hele lucht te doen."

Deze grote overvloed aan oscillerende rode reuzen zal worden gebruikt voor ongekend gedetailleerde studies met behulp van de telescopen op de grond op Maunakea.

"We zijn al begonnen met follow-upobservaties van enkele van de meest intrigerende excentriekelingen die we hebben ontdekt in onze grote TESS-dataset, die ons meer zal vertellen over hun oorsprong, " zei Hon. "We hebben zojuist het oppervlak van de schat aan gegevens bekrast die door TESS mogelijk is gemaakt."

Hon presenteerde het onderzoek woensdag tijdens de TESS Science Conference, een virtueel evenement, 2-6 augustus en ondersteund door het Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, waar wetenschappers de laatste resultaten van de missie bespreken. Hij is de hoofdauteur van de studie die is geaccepteerd voor publicatie in de Astrofysisch tijdschrift , met co-auteurs, waaronder collega-IfA-collega's Jamie Tayar en Daniel Huber.

Mogelijkheden verbreden

Schommelingen in de zon werden voor het eerst waargenomen in de jaren zestig. Maar zonne-achtige oscillaties in duizenden sterren werden niet gedetecteerd tot de door Frankrijk geleide Convectie, Rotatie en planetaire doorgangen ruimtetelescoop, die actief was van 2006 tot 2013. NASA's Kepler- en K2-missies, die van 2009 tot 2018 werden ondervraagd, tienduizenden oscillerende reuzen gevonden. TESS breidt de toegang tot deze oscillaties uit door zijn waarnemingen in de ruimte.

"Met een monster zo groot, reuzen die slechts één procent van de tijd voorkomen, worden behoorlijk talrijk, " zei Tayar, een Hubble-postdoctoraal onderzoeker bij IfA. "Nu kunnen we gaan nadenken over het vinden van nog zeldzamere sterren."

TESS bewaakt grote delen van de lucht gedurende ongeveer een maand per keer met behulp van zijn vier camera's, die ongeveer 75% van de hemel beslaat tijdens zijn tweejarige primaire missie. Elke camera legt een volledig beeld vast van 24 bij 24 graden (48 keer de grootte van de maan aan onze hemel), elke 30 minuten. Sinds eind zomer 2020, de camera's hebben deze beelden in een nog sneller tempo verzameld.

De afbeeldingen worden gebruikt om lichtcurven te genereren - grafieken van veranderende helderheid - voor bijna 24 miljoen sterren, elk verspreid over 27 dagen, hoe lang TESS naar een stukje van de lucht staart. Om deze immense opeenstapeling van metingen te doorzoeken, Hon en zijn collega's leerden een computer pulserende reuzen te herkennen. Het team gebruikte machine learning, een vorm van kunstmatige intelligentie die computers traint om beslissingen te nemen op basis van algemene patronen zonder ze expliciet te programmeren.

Om het systeem te trainen, het team gebruikte Kepler-lichtcurven voor meer dan 150, 000 sterren, waarvan ongeveer 20 000 waren oscillerende rode reuzen. Toen het neurale netwerk klaar was met het verwerken van alle TESS-gegevens, het had 158 geïdentificeerd, 505 pulserende reuzen.

Het team bepaalde kleuren en afstanden voor elke reus met behulp van gegevens van de Gaia-missie van de European Space Agency, en de massa's van deze sterren aan de hemel uitgezet. Een fundamentele voorspelling in galactische astronomie is dat jongere, sterren met een hogere massa moeten dichter bij het vlak van de melkweg liggen, gekenmerkt door de hoge dichtheid van sterren die de gloed van de Melkweg aan de nachtelijke hemel creëren.

"Onze kaart laat voor het eerst zien dat dit inderdaad het geval is over bijna de hele hemel, " zei Huber. "Met de hulp van Gaia, TESS heeft ons nu kaartjes gegeven voor een rood reuzenconcert in de lucht."