Elise Haynes 13 czerwca, trzecie wydanie głównych danych z misji ESA Gaia ujawniło szczegóły dotyczące przeszłości i przyszłości gwiazdy naszego Układu Słonecznego, Słońca, wykorzystując dane zebrane przez Gaię na temat gwiazd o podobnej masie i składzie do naszego. Słońce.
Gaia to misja mapowania gwiazd, która zbiera ogromne ilości danych o wewnętrznych właściwościach miliardów gwiazd w naszej galaktyce i sąsiednich regionach wszechświata przy każdym większym uwolnieniu danych. W tej wersji, zwanej DR3, Gaia zbadała wiele parametrów obserwowanych przez siebie gwiazd, takich jak temperatury, rozmiary, masy i wiele innych.
Jedną z najlepszych możliwości Gai jako zadania mapowania gwiazd jest możliwość zbierania wyjątkowo dokładnych pomiarów jasności lub jasności gwiazdy oraz temperatury powierzchni. Gaia i zespoły badawcze robią to głównie poprzez oddzielenie światła od gwiazdy za pomocą pryzmatu na tęczę kolorów zwaną widmem. Podczas obserwacji gwiazdy w widmie pojawią się linie widmowe, które zwykle pojawiają się jako czarne lub słabe linie. To, gdzie leżą te linie widmowe w widmie, może powiedzieć naukowcom, jakie pierwiastki znajdują się w gwieździe.
Widma absorpcyjne i emisyjne wielu wspólnych pierwiastków. Zwróć uwagę na linie na każdym widmie. To są linie widmowe. (Źródło: NASA/ESA/Leah Hustak (@STScI)
Jednak linie widmowe są unikalne i różnią się wielkością. Aby właściwie sklasyfikować gwiazdy i ich typy na podstawie ich linii widmowych, amerykańska astronom Annie Jump Cannon opracowała w 1901 roku system klasyfikacji gwiazd, który klasyfikuje typy gwiazd i gwiazd według siły ich linii widmowych. Układ tych gwiazd wykazał później związek z temperaturami gwiazd, co skłoniło amerykańską astronom Antonię Morey do stworzenia klasyfikacji opartej na szerokości linii widmowych. Klasyfikacja Moreya wykazała, że szerokość linii widmowych jest związana z jasnością i wiekiem gwiazdy.
Kiedy klasyfikacje Cannona i Maury’ego są połączone w jeden wykres, pozwalają każdej gwieździe we wszechświecie wykreślić na indywidualnym wykresie zwanym wykresem Hertzsprunga-Russella (HR). Wykresy HR przedstawiają wewnętrzną jasność i efektywną temperaturę powierzchni gwiazd względem siebie, ukazując, w jaki sposób gwiazdy ewoluują w swoich cyklach życiowych, które mogą trwać miliardy lat. Wykresy HR stały się bardzo ważne w badaniach astrofizycznych związanych z gwiazdami i zostały wykorzystane przez zespół badający przeszłość i przyszłość naszego Słońca.
Wykres HR z drugiego wydania danych Gaia, DR2. (Źródło: ESA/Gaia/DPAC)
Nasze Słońce ma obecnie 4,57 miliarda lat. Z perspektywy gwiazd oznacza to, że Słońce jest stosunkowo w średnim wieku i generalnie stapia wodór w hel w stanie stabilnym. Ta stabilność nie będzie trwała wiecznie, ponieważ wodór, który w końcu zostanie skondensowany, zacznie wyczerpywać się z jądra Słońca, powodując masywne i zauważalne zmiany w procesie fuzji gwiazdy. Zmiany te obejmują wybrzuszenie gwiazdy do większego rozmiaru, co z kolei obniża temperaturę powierzchni gwiazdy i zmienia kolor na czerwony. Jednak dokładny proces, w którym zachodzą te zmiany, zależy od składu chemicznego gwiazdy i zawartej w niej masy.
W tym miejscu wkraczają dane DR3 Gaia.
Przeszukując dane DR3, zespół naukowców kierowany przez Orlę Crevi z Observatoire de la Côte d’Azur we Francji wraz ze współpracownikami z Jednostki Koordynacyjnej Gaia 8 poszukiwał najdokładniejszych, dokładnych i szczegółowych danych obserwacyjnych na temat gwiazd zebranych przez Gaia . Dokładniej, Creevey i in. Szukali gwiazd, które mogą pochwalić się temperaturą powierzchni od 3000 K do 10 000 K. Gwiazdy w tym zakresie temperatur są zwykle najdłużej żyjącymi gwiazdami w naszej galaktyce, co może pomóc naukowcom w ujawnieniu historii naszej Drogi Mlecznej. Co więcej, gwiazdy w tym zakresie temperatur są świetnymi kandydatami do odkrywania nowych egzoplanet ze względu na ich podobieństwo do naszego Słońca, które ma temperaturę powierzchni 6000 K.
„Chcieliśmy uzyskać naprawdę czystą próbkę gwiazd z pomiarami w wysokiej rozdzielczości” – powiedział Crevey.
Po przejrzeniu danych DR3 i wybraniu gwiazd do swoich badań, Creevey i in. Przefiltrowali swoje próbki gwiazd, aby pokazać tylko gwiazdy, które mają takie same wartości masy i składu chemicznego jak nasze Słońce. Ponieważ masa pozostaje względnie niezmienna przez całe życie gwiazdy, filtrowane gwiazdy mogą być w różnym wieku, a po umieszczeniu na mapie HR gwiazdy rysują linię. Linia ta przedstawia ewolucję naszego Słońca i jego cykl życiowy – od jego narodzin 4,57 miliarda lat temu do jego śmierci, która jest jeszcze kilka miliardów lat. Ponadto wykres HR pokazuje, w jaki sposób temperatura i jasność Słońca będą się zmieniać w czasie.
Wykres HR pokazuje, że Słońce osiągnie swoją maksymalną temperaturę, gdy będzie miało około ośmiu miliardów lat. Gdy Słońce osiągnie maksymalną temperaturę, zacznie się ochładzać i powiększać w ciągu następnych kilku miliardów lat, przekształcając się w czerwonego olbrzyma, gdy ma około 10-11 miliardów lat. Wkrótce po tym, jak zostanie czerwonym olbrzymem, Słońce zacznie tracić masę, aż w końcu stanie się słabym białym karłem.
Przeszłość, teraźniejszość i przyszłość naszego słońca. (Źródło: ESA/Gaia/DPAC)
Badacze tacy jak Creevey i in. Gwiazdy podobne do naszego Słońca znajdują się specjalnie po to, aby zrozumieć ewolucję naszej gwiazdy macierzystej, podobnie jak egzoplanetolodzy szukaliby egzoplanet podobnych do Ziemi, aby określić, jak Ziemia ewoluowała w przyszłości i jak ewoluowała w przeszłości.
„Jeśli nie rozumiemy naszego Słońca – a jest wiele rzeczy, o których nie wiemy – jak możemy oczekiwać, że zrozumiemy wszystkie inne gwiazdy, które tworzą naszą wspaniałą galaktykę?” – powiedział Crevi.
Patrząc na dane DR3, Creevey i in. Szukali konkretnie gwiazd o podobnych temperaturach, wartościach grawitacyjnych, składzie chemicznym, wartościach masy i promieniach do naszego obecnego Słońca – które znaleźli w sumie w 5863 gwiazdach. Lista tak zwanych „izotopów słonecznych” pozwoli naukowcom dokładniej zbadać każdą gwiazdę użytą w Creevey et al. dane. Przyszłe badania nad tymi słonecznymi izotopami mogą zbadać, czy gwiazdy te mają układy planetarne, czy też gwiazdy obracają się z prędkością zbliżoną do naszego Słońca.
Wersja DR3 po raz kolejny podkreśla wyższą rozdzielczość i niezrównane możliwości Gai, które pozwoliły nam lepiej zrozumieć właściwości gwiazd naszej galaktyki niż były wcześniej. Creevey i in. Badanie jest tylko jednym z setek badań, które mogą pochodzić z danych DR3, niektóre dotyczą obiektów niegwiazdowych, takich jak galaktyki.
Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej został wystrzelony w 2013 r. na pokładzie rakiety Sojuz ST-B z Kourou w Gujanie Francuskiej w misji, która ma działać do 2025 r., a czynnikiem ograniczającym jest zaopatrzenie statku kosmicznego w azot do silników na zimny gaz i małego układu napędowego . Głównym celem Gaia jest wykonanie wyjątkowo dokładnej i szczegółowej astrometrii, która ma mierzyć położenie, odległości i ruch gwiazd w naszej galaktyce. Jednym z głównych celów misji Gaia jest stworzenie największego i najdokładniejszego modelu/katalogu 3D naszego lokalnego obszaru kosmosu w historii.
Trzecia ważna publikacja danych Gaia, czyli DR3, została opublikowana 13 czerwca 2022 r.
(Główne zdjęcie: Gaia na orbicie Sun-Earth Lagrange Point 2 lub L2. Źródło: ESA/ATG medialab/ESO/S. Brunier)
