Een foto zegt misschien meer dan duizend woorden, maar voor astronomen is het simpelweg niet genoeg om beelden van sterren en sterrenstelsels op te nemen. Om de ware grootte en absolute helderheid (helderheid) van hemellichamen te meten, moeten astronomen de afstand tot deze objecten nauwkeurig meten. Om dit te doen, vertrouwen de onderzoekers op "standaardkaarsen" - sterren waarvan de helderheid zo bekend is dat ze zich gedragen als gloeilampen met een bekend wattage. Een manier om de afstand van een ster tot de aarde te bepalen, is door de helderheid van de ster aan de hemel te vergelijken met zijn helderheid.

Maar zelfs standaardkaarsen moeten worden gekalibreerd. Al meer dan tien jaar werken wetenschappers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) aan het verbeteren van de methoden voor het kalibreren van standaardsterren. Ze observeerden twee nabije heldere sterren, Vega en Sirius, om hun helderheid te kalibreren over een reeks golflengten van zichtbaar licht. De onderzoekers ronden nu hun analyse af en zijn van plan om de kalibratiegegevens binnen de komende 12 maanden aan astronomen vrij te geven.

De kalibratiegegevens zouden astronomen die verder weg gelegen standaardkaarsen gebruiken - ontplofte sterren die bekend staan ​​als type Ia-supernova's - kunnen helpen om de leeftijd en de expansiesnelheid van het universum te bepalen. (Het vergelijken van de helderheid van verre supernova's van het type Ia met nabije supernova's leidde tot de Nobelprijswinnende ontdekking dat de uitdijing van het heelal niet vertraagt, zoals verwacht, maar juist versnelt.)

Astronomen kunnen mogelijk de NIST-kalibraties van Vega en Sirius gebruiken om de helderheid van nabije en verre type Ia-supernova's beter te vergelijken, wat leidt tot nauwkeurigere metingen van de uitdijing van het heelal en zijn leeftijd.

In de lopende NIST-studie observeren wetenschappers de twee nabije sterren met een vier-inch telescoop die ze hebben ontworpen en bovenop Mount Hopkins in de woestijn van Zuid-Arizona hebben geplaatst. John Woodward, Susana Deustua en hun collega's hebben herhaaldelijk de spectra of kleuren waargenomen van het licht dat wordt uitgezonden door Vega (25 lichtjaar) en Sirius (8,6 lichtjaar). Eén lichtjaar, de afstand die licht aflegt door een vacuüm is één jaar, is 9,46 biljoen kilometer.

Aan het begin en het einde van elke waarnemingsnacht kantelen de onderzoekers de telescoop naar beneden, zodat ze de stellaire spectra kunnen vergelijken met die van een kunstmatige ster - een kwartslamp waarvan de helderheid precies is gemeten en op 100 meter van de telescoop is geplaatst.

Voordat de wetenschappers de vergelijkingen direct kunnen maken, moeten ze rekening houden met het effect van de atmosfeer van de aarde, die een deel van het sterlicht verstrooit en absorbeert voordat het de telescoop kan bereiken. Hoewel het licht van de lamp op de grond niet door de volledige diepte van de atmosfeer reist, wordt een deel ervan door de lucht verstrooid tijdens zijn korte, horizontale reis naar de telescoop.

Om te beoordelen hoeveel van het grondlicht door de lamp wordt verstrooid, meet het NIST-team de relatieve verhouding van het vermogen dat wordt gegenereerd door een helium-neonlaser aan de uitgang en op 100 m afstand, op de plaats van de lamp.

Om te bepalen hoeveel sterlicht verloren gaat aan de atmosfeer van de aarde, registreren de onderzoekers de hoeveelheid sterlicht die de telescoop bereikt terwijl deze in verschillende richtingen wijst en 's nachts door verschillende diktes van de atmosfeer tuurt. Veranderingen in de hoeveelheid licht die door de telescoop wordt geregistreerd naarmate de nacht vordert, stellen astronomen in staat om de atmosferische absorptie te corrigeren.

Zodra Vega en Sirius zijn gekalibreerd, kunnen astronomen die sterren gebruiken als springplank om het licht van andere sterren te kalibreren. Door dezelfde telescoop te gebruiken, kunnen onderzoekers bijvoorbeeld een reeks iets zwakkere sterren observeren - noem ze Set 2. De helderheid van die zwakkere sterren kan vervolgens worden gekalibreerd met Vega en Sirius als referentiestandaarden.

Door over te schakelen naar een telescoop die groot genoeg is om zowel de nieuw gekalibreerde set 2 als een groep nog zwakkere sterren (noem ze set 3) waar te nemen, kunnen astronomen het licht van set 3 kalibreren in termen van set 2. Astronomen kunnen het proces herhalen als dat nodig is om het licht van extreem verre sterren te kalibreren. Op deze manier kunnen astronomen de NIST-kalibratie van Vega en Sirius overbrengen naar sterren die duizenden tot miljoenen lichtjaren verwijderd zijn.

Volgend jaar zullen Deustua en Woodward hun kleine telescoop, nu terug bij NIST, verplaatsen naar de Paranal-sterrenwacht van de European Southern Observatory (ESO) in de hooggelegen woestijn van Noord-Chili. Met een droger klimaat dan de berg Hopkins, belooft de Chileense vindplaats meer heldere nachten om Sirius en Vega te observeren en minder vocht om het licht te absorberen of te verstrooien. De telescoop zal op een bergtop worden geplaatst, weg van ESO's Very Large Telescope, een reeks van vier 8,2-m telescopen en vier 1,2-m telescopen, zodat het licht van de kwartslamp van NIST de waarnemingen van verre sterrenstelsels niet verstoort.

Het team is ook van plan om zijn repertoire van heldere nabije sterren uit te breiden met Arcturus (37 lichtjaar), Gamma Crucis (89 lichtjaar) en Gamma Trianguli Australis (184 lichtjaar) en om sterren te observeren op langere, infrarode golflengten. . De onlangs gelanceerde James Webb Space Telescope en de Roman Space Telescope, gepland voor lancering tegen het einde van het decennium, zijn ontworpen om het universum op deze golflengten te onderzoeken.

De NIST-onderzoekers ontvingen onlangs startgeld om een ​​grotere telescoop te bouwen die zwakkere, verder weg gelegen sterren zou kunnen observeren en kalibreren. Dat zou astronomen in staat stellen de NIST-kalibratie directer over te dragen naar standaardkaarsen op afstand. Door het aantal stapstenen tussen de door NIST waargenomen sterren en de sterren die astronomen bestuderen te verminderen, worden kalibratiefouten verminderd. + Verder verkennen

Vindt de James Webb-ruimtetelescoop de verste, oudste, jongste of eerste sterrenstelsels? Een astronoom legt uit