Vår förståelse av universum och Vintergatan bygger på en byggnad av enskilda kunskapsdelar, alla relaterade till varandra. Men var och en av dessa bitar är bara så exakt. Ju mer exakta vi kan göra en av bitarna av kunskap, desto mer exakt är vår förståelse av det hela.
Stjärnornas ålder är en sådan bit. I flera år har astronomer använt en metod för att bestämma åldern på stjärnor som har en felmarginal på 10 till 20%. Nu har ett team av forskare från Embry-Riddle Aeronautical University utvecklat en ny teknik för att bestämma åldern på stjärnor med en felmarginal på bara 3% till 5%.
Nuvarande stjärndatingtekniker förlitar sig på att observera stjärnor i huvudsekvensen, som är typ av vuxenhuv för stjärnor. Tekniken tittar på stjärnor som har börjat "dö", vilket i detta fall innebär att de tappar ut sitt väte. Dessutom kan forskare vanligtvis bara berätta en stjärns ålder genom att ta reda på åldern på befolkningen de är en del av. De känner åldern för vissa enskilda stjärnor, men mest känner vi åldern på stjärnkluster snarare än de enskilda stjärnorna själva.
Skälen till detta är ganska komplicerade, men våra stjärndateringsmetoder har lett till några konstiga, ganska tydligt omöjliga slutsatser, som att hitta stjärnkluster i Vintergatan som är äldre än själva Vintergatan.
Tekniken utvecklad av ett team på Embry-Riddle, ledd av professor i fysik och astronomi Dr. Ted von Hippel, förlitar sig på mätningar av vita dvärgar, snarare än på huvudsekvensstjärnor. Vita dvärgar är rester av stjärnor som har lämnat huvudsekvensen efter att de har slut på bränsle. Vår egen sol kommer att avsluta sitt liv som en vit dvärg.
Den nya tekniken mäter massan, yttemperaturen och om dess atmosfär har väte eller helium.
"... att veta om det finns väte eller helium vid ytan är viktigt eftersom helium utstrålar värme bort från stjärnan lättare än väte."
Dr Ted von Hippel, professor i fysik och astronomi, Embry-Riddle University.
"Stjärnans massa är viktig eftersom objekt med större massa har mer energi och tar längre tid att svalna", sa von Hippel, chef för Embry-Riddles fysiska vetenskapsavdelningsobservatorium och 1,0 meter Ritchey-Chretien-teleskop. ”Det är därför en kopp kaffe håller sig varm längre än en tesked kaffe. Yttemperatur, som tillbringade kol i en lägereld som har gått ut, ger ledtrådar för hur länge sedan branden dog. Slutligen är det viktigt att veta om det finns väte eller helium på ytan eftersom helium utstrålar värme bort från stjärnan lättare än väte. "
En stjärnmassa är fortfarande nyckeln till att bestämma dess ålder, och den är fortfarande svår, särskilt för stora populationer av vita dvärgar. Men tack vare Gaia-satelliten blir det enklare.
Professor von Hippels nya metod utnyttjar de uppgifter som tillhandahålls av Europeiska rymdorganisationens Gaia-uppdrag. Gaia gör en 3D-karta över Vintergatan genom att mäta position och radiell hastighet på cirka 1 miljard stjärnor i Vintergatan och i den lokala gruppen. Gaia mäter stjärnavstånd med extrem noggrannhet, och det är vad von Hippels team utnyttjade.
Gaia kunde mäta stjärnavstånd med stor noggrannhet, och von Hippel och hans team använde den noggrannheten för att bestämma stjärnorradie baserat på deras ljusstyrka. Därifrån använde de befintlig information om stjärnans mass-till-radie-förhållande för att bestämma massan, en saknad ingrediens för att bestämma en stjärns ålder.
Den sista handen, som hjälper till att ge den nya tekniken sin precision, är att ta reda på stjärnans metallicitet. Metallicitet avser överflödet av olika kemiska element i stjärnan. Denna information gör det möjligt för dem att förfina stjärnans ålder.
Vid det senaste American Astronomical Society-mötet presenterade medlemmar i von Hippels team två affischer om deras arbete. Den första fokuserade på ett binärt par med stjärnor med en vit dvärg och en huvudsekvensstjärna. Den andra fokuserade på ett binärt par vita dvärgar.
"Nästa studienivå kommer att bestämma så många av elementen i den periodiska tabellen som möjligt för huvudsekvensstjärnan inom dessa par."
Dr Ted von Hippel, professor i fysik och astronomi, Embry-Riddle University.
"Nästa studienivå kommer att bestämma så många av elementen i den periodiska tabellen som möjligt för huvudsekvensstjärnan inom dessa par," sa von Hippel. "Det skulle berätta mer om den galaktiska kemiska utvecklingen, baserad på hur olika element byggdes upp över tiden som stjärnor som bildades i vår galax, Vintergatan."
Von Hippel säger att metoden fortfarande håller på att utvecklas och fortfarande kan övervägas i sin inledande fas. Men det har mycket löfte, och teamet hoppas att de så småningom kommer att lära sig åldrarna för alla de vita dvärgarna i Gaia-datasättet. "Det kan göra det möjligt för forskare att avsevärt förbättra vår förståelse av stjärnbildandet inom Vintergatan," sade von Hippel.
Von Hippel noterade en jämförelse mellan området arkeologi och astrofysikområdet. Inom arkeologi använder vi kolldatering för att bestämma åldern för alla typer av objekt: verktyg, strukturer, fossiler, stenåldersplatser. Tidernas tider ger oss en förståelse för tidslinjen för händelser på jorden. Detsamma gäller för universum.
"För dagens astronomer, utan att veta åldern för olika komponenter i vår galax, har vi inte sammanhang. Vi har haft tekniker för att dejta himmelsföremål, men inte exakt. ”
