20 juni 2024

Nieuwe methode om de zwaartekracht van een ster te meten

Astronomen hebben een nieuwe manier gevonden om het licht van een verre ster dusdanig te ontleden, dat de zwaartekracht aan het oppervlak van de ster kan worden vastgesteld! Dit is belangrijk, omdat de oppervlakte zwaartekracht een belangrijke eigenschap is, die gebruikt kan worden om de fysische eigenschappen en evolutionaire staat van de ster te berekenen. De nieuwe methode kan ook gebruikt worden om de grootte van exoplaneten preciezer te bepalen.

Huidige schattingen hebben een onzekerheid van 50 tot 200 procent. Met de nieuwe techniek kan dit met de helft worden verminderd. Zodra je de oppervlaktezwaartekracht van een ster weet, heb je nog maar één eigenschap nodig: de temperatuur. Die kan gelukkig heel simpel worden vastgesteld. Zodra je die twee eigenschappen hebt, dan kun je ondermeer de massa en omvang van een ster berekenen.Er zijn drie traditionele manieren om de oppervlaktezwaartekracht van een ster te achterhalen: fotometrie, spectroscopie en astroseismologie.

astroseismologie

Astroseismologie. Credit: Yveline Lebreton, et al

Bij fotometrie wordt gekeken naar de helderheid van de ster in verschillende kleuren. De verhouding hiervan hangt samen met de oppervlaktezwaartekracht, temperatuur en chemische samenstelling. Het is een relatief eenvoudige methode, die bij veel sterren kan worden toegepast. Helaas is de methode niet erg nauwkeurig: de onzekerheid is al snel meer dan 100 procent en soms zelfs 200 procent.Bij spectroscopie worden de dunne spectraallijnen in het licht van de ster bestudeerd. Iedere spectraallijn is het gevolg van een bepaalde chemische stof in de atmosfeer van de ster. Bij een hoge oppervlaktezwaartekracht worden deze lijnen breder, terwijl een lage oppervlaktezwaartekracht de lijnen juist smaller maakt. Deze methode werkt alleen bij relatief heldere sterren, maar heeft een relatief lage onzekerheid van zo’n 50 procent.Astroseismologie is de “gouden standaard”, met een onzekerheid van slechts een paar procent. Helaas zijn de metingen lastig te verrichten en kunnen ze alleen toegepast worden bij een paar honderd van de dichtstbijzijnde en helderste sterren. Bij de techniek worden geluidsgolven getraceerd, die door het inwendige van de ster bewegen met een specifieke frequentie die verband houdt met de oppervlaktezwaartekracht. Kleinere sterren, zoals de zon, trillen op een hogere toonhoogte dan reuzensterren.

De nieuwe en vierde methode wordt de flikkermethode genoemd. Dat klinkt in het Nederlands een beetje raar, dus ik heb het eens opgezocht. Fonkelmethode, twinkelmethode en flakkermethode blijken acceptabele alternatieven te zijn 🙂 – hoe dan ook, hoe werkt deze methode dan?

granulen

Granulatie aan het oppervlak van een ster. Credit: R. Trampedach, JILA/CU Boulder, CO

Simpel, bij de flikkermethode wordt gekeken naar het geflikker van het sterlicht, oftewel de helderheidsveranderingen die plaatsvinden op een schaal van minder dan acht uur. Deze variaties lijken verband te houden met granulatie, het netwerk van kleine “cellen” die het steroppervlak bedekken. Deze granulen worden veroorzaakt door gaskolommen die oprijzen vanuit het inwendige. Bij sterren met een hogere oppervlaktezwaartekracht zijn deze granulen fijner en flikkeren ze met een hogere frequentie. Bij sterren met een lagere oppervlaktezwaartekracht zijn de granulen robuuster en flikkeren ze met een lagere frequentie.De nieuwe methode is opmerkelijk eenvoudig. Er is slechts vijf regels computercode nodig om de basismetingen te verrichten, waardoor de kosten (en moeite) bij het bepalen van de oppervlaktezwaartekracht van een ster flink gedrukt worden. Om de betrouwbaarheid van de methode te testen, heeft men deze toegepast op sterren waarvan de oppervlaktezwaartekracht al via astroseismologie is verkregen. Het blijkt dat de onzekerheid van de methode zo’n 25 procent bedraagt – minder nauwkeurig dan astroseismologie, maar beter dan zowel de fotometrische als spectroscopische methodes. De enige beperking van de flikkermethode is dat sterren hiertoe langdurig en heel precies waargenomen dienen te worden. Gelukkig is dat al gebeurd bij de tienduizenden sterren die zijn waargenomen door de Kepler-ruimtetelescoop. De methode kan dus bij al deze sterren worden toegepast.

Bron: Vanderbilt University

Share

Comments

  1. het woord ZON viel 1-malig in het kadertje seismologie.

    ik neem aan dat : omdat we inmiddels echt alles van de zon weten, dat de zon ons referentiekader is ( nulmeting) m.b.t. alle waarnemingen en conclusies t.a.v. sterren tot in alle uithoeken van het universum.

    • Olaf van Kooten zegt

      Dat is op een bepaalde hoogte van waar inderdaad. De zon is de enige ster die we van dichtbij kunnen onderzoeken, en is dus automatisch het referentiekader. Natuurlijk moet hetgeen we zien bij de zon niet zomaar 1 op 1 worden toegepast op sterren uit een andere categorie, bv. dwergen en reuzen.

      • de laatste alinea van het bronartikel, –Bron: Vanderbilt University–
        bevestigd in ieder geval dat ze de moeite hebben genomen om hun ideeen ook nog even op de zon te toetsen.
        het laat verder in het midden of de zienswijze —
        zwaartekracht-meting versus fotometrie, spectroscopie en astroseismologie —
        wordt bewezen door deze “zonne-toets”.

  2. Nou hoeft het natuurlijk niet per se zo te zijn dat de zon als referentiekader dient bij het seismologisch onderzoek aan andere sterren. De zon is een relatief kleine en ook rustige ster, waar eigenlijk weinig spannends gebeurt op het terrein van Astroseismologie. Bij andere sterren – zoals waargenomen op de sterren HD49933, HD181420 en HD181906 – kunnen die bevingen veel heftiger zijn en zou het best kunnen dat we daar veel van leren, om dat geleerde vervolgens op de zon toe te passen.

Speak Your Mind

*