Naukowcy korzystający z Georgia State University's Center for High Angular Resolution Astronomy (CHARA) Array zidentyfikowali nowe szczegóły dotyczące rozmiaru i wyglądu Gwiazdy Polarnej, znanej również jako Polaris. Nowe badania zostały opublikowane w The Astrophysical Journal.
Biegun północny Ziemi wskazuje kierunek w przestrzeni oznaczony przez Gwiazdę Polarną. Polaris jest zarówno pomocą nawigacyjną, jak i niezwykłą gwiazdą samą w sobie. Jest najjaśniejszym członkiem układu potrójnego i jest pulsującą gwiazdą zmienną. Polaris okresowo staje się jaśniejsza i słabsza, ponieważ średnica gwiazdy rośnie i kurczy się w czterodniowym cyklu.
Polaris to rodzaj gwiazdy znanej jako zmienna cefeida. Astronomowie używają tych gwiazd jako „standardowych świec”, ponieważ ich prawdziwa jasność zależy od okresu pulsacji: jaśniejsze gwiazdy pulsują wolniej niż słabsze. To, jak jasna wydaje się gwiazda na niebie, zależy od jej prawdziwej jasności i odległości od gwiazdy. Ponieważ znamy prawdziwą jasność cefeidy na podstawie jej okresu pulsacji, astronomowie mogą ich używać do pomiaru odległości do galaktyk macierzystych i do wnioskowania o tempie ekspansji wszechświata.
Zespół astronomów pod przewodnictwem Nancy Evans z Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian obserwował Polaris za pomocą optycznego interferometrycznego układu sześciu teleskopów CHARA w Mount Wilson w Kalifornii. Celem badania było zmapowanie orbity bliskiego, słabego towarzysza, który okrąża Polaris co 30 lat.
„Mała odległość i duży kontrast jasności między dwiema gwiazdami sprawiają, że niezwykle trudno jest rozróżnić układ podwójny w momencie ich największego zbliżenia” – powiedział Evans.
CHARA Array łączy światło sześciu teleskopów rozmieszczonych na szczycie góry w historycznym Obserwatorium Mount Wilson. Łącząc światło, CHARA Array działał jak 330-metrowy teleskop, wykrywając słabego towarzysza, gdy przechodził blisko Gwiazdy Polarnej. Obserwacje Gwiazdy Polarnej zostały zarejestrowane za pomocą kamery MIRC-X, która została zbudowana przez astronomów z University of Michigan i Exeter University w Wielkiej Brytanii. Kamera MIRC-X ma niezwykłą zdolność rejestrowania szczegółów powierzchni gwiazd.
Zespół z powodzeniem śledził orbitę bliskiego towarzysza i mierzył zmiany w rozmiarze Cefeidy podczas jej pulsowania. Ruch orbitalny pokazał, że Polaris ma masę pięć razy większą niż Słońce. Zdjęcia Polaris pokazały, że ma średnicę 46 razy większą od Słońca.
Największym zaskoczeniem było pojawienie się Gwiazdy Polarnej na zdjęciach z bliska. Obserwacje CHARA dały pierwszy wgląd w to, jak wygląda powierzchnia zmiennej cefeidy.
Obraz gwiazdy Polaris w fałszywych kolorach z CHARA Array z kwietnia 2021 r., który ujawnia duże jasne i ciemne plamy na powierzchni. Gwiazda Polarna wydaje się około 600 000 razy mniejsza niż pełnia Księżyca na niebie.
„Zdjęcia CHARA ujawniły duże jasne i ciemne plamy na powierzchni Polaris, które zmieniały się w czasie” – powiedziała Gail Schaefer, dyrektor CHARA Array. Obecność plam i obrót gwiazdy mogą być powiązane ze 120-dniową zmiennością mierzonej prędkości.
„Planujemy kontynuować obrazowanie Polaris w przyszłości” — powiedział John Monnier, profesor astronomii na University of Michigan. „Mamy nadzieję lepiej zrozumieć mechanizm, który generuje plamy na powierzchni Polaris”.
Nowe obserwacje Gwiazdy Polarnej zostały wykonane i zarejestrowane w ramach programu otwartego dostępu w CHARA Array, w ramach którego astronomowie z całego świata mogą ubiegać się o czas obserwacyjny za pośrednictwem Narodowego Laboratorium Badań Astronomicznych w Optyce i Podczerwieni (NOIRLab).
CHARA Array znajduje się w Mount Wilson Observatory w górach San Gabriel w południowej Kalifornii. Sześć teleskopów CHARA Array jest rozmieszczonych wzdłuż trzech ramion. Światło z każdego teleskopu jest transportowane przez rury próżniowe do centralnego laboratorium łączącego wiązki. Wszystkie wiązki zbiegają się w kamerze MIRC-X w laboratorium.
Program otwartego dostępu CHARA Array jest finansowany przez National Science Foundation (dotacja AST-2034336). Wsparcie instytucjonalne dla CHARA Array zapewniają Georgia State's College of Arts & Sciences oraz Office of the Vice President for Research and Economic Development.