美国国家航空航天局的苔丝曲调成一个全天交响乐的红巨星

天文学家利用美国国家航空和宇宙航行局的系外行星掩星任务卫星观测站(TESS)的观测资料，发现了一个史无前例的遍布天空的脉动红巨星的集合。这些恒星的节奏来自于内部的声波，它们为我们的银河系邻居提供了交响乐探索的开场和弦。 TESS 主要搜寻太阳系以外的世界，也就是我们所知的系外行星。但是，它对恒星亮度的敏感测量使 TESS 成为研究恒星振荡的理想工具，这一领域被称为星震学天文台。 韩教授在第二届 TESS 科学会议上介绍了这项研究，该会议由剑桥的麻省理工学院支持---- 实际上从8月2日到6日举行---- 科学家们在会上讨论了这项任务的所有方面。天文物理期刊已经接受了一篇描述调查结果的论文。 声波穿过任何物体---- 吉他弦、管风琴或者地球和太阳的内部---- 都可以反射和相互作用，强化一些波，抵消另一些波。这可以导致有序的运动称为驻波，它创造了乐器的音调。 就在像太阳这样的恒星的表面之下，热气体上升，冷却，然后下沉，在那里再次被加热，就像热炉子上的一锅沸水。这种运动产生了压力变化的波---- 声波---- 它们相互作用，最终在几分钟的周期内产生稳定的振荡，从而产生微妙的亮度变化。对于太阳来说，这些变化只有百万分之几。质量与太阳相似的巨型恒星的脉动速度要慢得多，而且相应的亮度变化可能要大几百倍。 20世纪60年代首次观测到太阳振荡。2006年至2013年运行的法国领导的对流、自转和行星凌日(CoRoT)太空望远镜在数千颗恒星中发现了类似太阳的振荡。美国宇航局的开普勒和 K2任务，从2009年到2018年对天空进行了调查，发现了数以万计的振荡巨行星。现在 TESS 又把这个数字扩大了10倍。 夏威夷大学哈勃望远镜研究员、合著者杰米 · 泰亚说: “在这么大的样本中，只有1% 的时间可能会出现巨行星，这种情况相当普遍。”。“现在我们可以开始考虑寻找更罕见的例子了。” 大提琴和小提琴之间的身体差异产生了它们独特的声音。同样，天文学家观察到的恒星振荡也取决于每颗恒星的内部结构、质量和大小。这意味着星震学可以帮助确定大量恒星的基本属性，其精确度是其他任何方法都无法达到的。 “我们的初步结果，使用恒星测量跨越 TESS 的头两年，表明我们可以确定这些振荡巨星的质量和大小的精确度，只会随着 TESS 的进行而改善,”马克韩说，美国宇航局在夏威夷大学在檀香山的哈勃研究员。“在这里真正无与伦比的是，TESS 的广泛覆盖使我们能够统一地测量几乎整个天空。” 当类似于太阳质量的恒星演化成红巨星时---- 它们恒星生命的倒数第二阶段---- 它们的外层会膨胀10倍以上。这些巨大的气体包壳以更长的周期和更大的振幅跳动，这意味着它们的振荡可以在更暗更多的恒星中观测到。 TESS 用它的四台摄像机每次监视大片的天空大约一个月。在两年的主要任务期间，TESS 覆盖了大约75% 的天空，每个摄像机每30分钟捕捉一个24 * 24度的全景图像。在2020年中期，摄像机开始以更快的速度收集这些图像，每10分钟一次。 这些图像被用来绘制光变曲线---- 变化的光变曲线图---- 近2400万颗恒星在27天的时间长度，TESS 盯着天空中的每一条扫描带。为了筛选这些巨大的测量数据，洪和他的同事们教会计算机识别脉动的巨行星。这个团队使用了机器学习，这是一种人工智能的形式，可以训练计算机根据一般模式做出决策，而不需要对它们进行明确的编程。 为了训练这个系统，研究小组利用开普勒光变曲线对15万多颗恒星进行了测试，其中约2万颗是振荡的红巨星。当神经网络处理完 TESS 的所有数据时，它已经确定了158,505个脉动巨人的合唱。 接下来，研究小组利用欧洲航天局(ESA)盖亚(Gaia)任务的数据为每个巨星确定了距离，并绘制了这些恒星在天空中的质量。比太阳质量更大的恒星进化得更快，在更年轻的时候就成为巨星。21银河系天文学的一个基本预测是，年轻的、质量更大的恒星应该更靠近星系的平面，这个平面的标志是高密度的恒星，它们在夜空中形成了银河系的光带。 夏威夷大学天文学助理教授 Daniel Huber 说: “我们的地图首次以经验证明，几乎整个天空都是如此。”。在盖亚的帮助下，苔丝现在给了我们一张红巨人天空音乐会的门票。 TESS 是美国宇航局的天体物理学探测器任务，由麻省理工学院在马萨诸塞州剑桥领导和操作，并由美国宇航局的戈达德太空飞行中心天体物理学中心管理。其他的合作伙伴包括位于弗吉尼亚州福尔斯彻奇的诺斯洛普·格鲁门天文台; 位于加利福尼亚硅谷的美国宇航局的美国国家航空航天局埃姆斯研究中心天体物理学中心; 位于马萨诸塞州剑桥的哈佛与史密森学会; 麻省理工学院的林肯实验室; 以及巴尔的摩。世界各地有十多所大学、研究所和天文台参与了这项任务。