Две звезды с одинаковыми спектрами, с известным расстоянием до одной из них
Астрономы из Кембриджского университета придумали новый, более точный способ измерения расстояний до удалённых звёзд, используя звёзды-«близнецы». Разница в яркостях двух звёзд с одинаковым спектром, одна из которых находится достаточно близко к нам, позволяет точно измерить и разницу в расстояниях до них.
Измерение расстояния до объектов во Вселенной — ключевая задача астрономии. Без этого невозможно делать какие-то научные выводы о размерах объектов и об их свойствах. Каждое новое точное измерение расстояния — ещё один шаг в изучении Вселенной.
Наилучший способ измерения расстояния до удалённых объектов использует параллакс, или видимое смещение небесного тела при изменении угла обзора. Для этого нужно измерить два угла с разных мест наблюдения (чем больше будет база, расстояние между двумя местами наблюдения — тем лучше) и путём несложных тригонометрических вычислений подсчитать высоту получившегося треугольника.
Наибольшая доступная нам база — диаметр Земной орбиты, поэтому измеряемое смещение звёзд называют годичным параллаксом. Первым попытки измерения звёздного параллакса для проверки теории Коперника о вращении Земли вокруг Солнца предпринимал ещё Тихо Браге в 16-м веке, но тогда у него просто не было достаточно точных инструментов — ведь параллакс звёзд не превышает 1 угловой секунды.
Первым человеком, которому достаточно точно удалось измерить параллакс звезды, стал в 1837 году Василий Яковлевич Струве (в то время директор Дерптской обсерватории, а позднее — Пулковской). Он измерил параллакс Веги и нашёл его равным 0,12 угловой секунды.
С тех пор инструменты постоянно совершенствовались, и до недавнего времени самым лучшим инструментом для измерения параллакса был спутник Hipparcos (акроним от High Precision Parallax Collecting Satellite — «высокоточный спутник для сбора параллаксов»). Он был запущен в 1989 году и за 37 месяцев работы собрал информацию более чем о миллионе звёзд. Это был первый и единственный завершивший свою работу космический астрометрический проект. Успех программы позволил увеличить точность астрометрических измерений на порядок.
Но и этот замечательный аппарат годился лишь для измерений расстояний до звёзд, удалённых от нас не далее, чем на 1600 световых лет. В нашей галактике это примерно 100000 звёзд. Для всех остальных измеряемые углы оказываются слишком малы.
Недавно запущенный ему на смену спутник Gaia усовершенствован, и позволит мерить расстояния до 30000 световых лет, что затронет уже миллиард звёзд Млечного пути — порядка 1% всех звёзд галактики.
Ну а расстояние до чрезвычайно далёких звёзд приходится измерять косвенно — из температуры, химического состава, спектрограммы и данных об эволюции звёзд вычисляется яркость звезды, и сравнивается с видимой яркостью. Но такой метод обладают погрешностью до 30%.
Астрономы из Кембриджа додумались до достаточно простого решения. Нужно найти две звезды с идентичными спектрами, одна из которых будет находиться достаточно близко к нам, чтобы можно было точно измерить расстояние до неё через параллакс. Тогда разница в видимых яркостях этих двух звёзд будет напрямую отражать разницу в расстояниях до них. Погрешность метода составляет не более 8%, если тестировать его при помощи измерения параллакса, и не увеличивается с увеличением расстояния.
«Это замечательно простая идея,- настолько простая, что странно, что до неё никто раньше не додумался,- говорит доктор Паула Джофре Пфейл (Paula Jofre Pfeil), руководитель проекта. — Чем дальше звезда, тем тусклее она на небе, и если у двух звёзд идентичный спектр, то мы можем использовать разницу в яркости для вычисления расстояний».
Из всего спектра звёзд, который измеряется по 280000 точек, выбираются 400 линий, наиболее точно описывающих свойства звезды. По этим линия можно, вооружившись существующим каталогом звёзд, расстояние до которых измерено, искать удалённые звёзды с идентичными спектрами, и пополнять каталог расстояний. Этот метод станет мощным дополнением работы, выполняемой в рамках проекта Gaia.