厲害吧？利用小行星測量遙遠恆星的真實直徑！

利用專門研究宇宙伽馬射線望遠鏡的獨特功能，科學家們測量了迄今為止夜空中恆星的最小表觀尺寸。用高能輻射成像望遠鏡陣列系統(VERITAS)進行測量揭示了2674光年外的一顆巨星和700光年外一顆類太陽恆星的直徑。這項研究為天文學家確定恆星的大小建立了一種新方法，由DESY的Tarek Hassan和來自史密森天體物理天文台(SAO)的Michael Daniel領導的國際團隊在《自然天文學》上發表了成功。。天空中幾乎所有的星星都太遙遠，即使是最好的光學望遠鏡也無法分辨。

博科園：為了克服這個限制，科學家們使用了一種叫做衍射的光學現象來測量恆星直徑。這種效應說明了光的波動特性，當一個物體，比如一顆小行星，經過一顆恆星的前面時就會發生這種現象。小行星的陰影每天都在我們頭頂上掠過。但它們的影子邊緣並不十分銳利。

相反，光線的褶皺環繞著中心的陰影，就像水波紋一樣。這是一種被稱為衍射圖樣的普通光學現象，在任何一所學校的實驗室里，激光擊中鋒利的邊緣都能再現這種現象。研究人員利用了圖案形狀可以揭示光源的角度大小這一事實。

當一顆小行星經過一顆恆星的前面時，由此產生的衍射圖樣，可以揭示恆星的角尺寸。圖片：DESY, Lucid Berlin

然而，與學校實驗室不同的是，被小行星掩住的恆星衍射圖樣很難測量。這些小行星的掩星很難預測，捕捉衍射圖樣的唯一機會是當陰影掃過望遠鏡時拍出非常快的快照。天文學家已經用這種方法測量了被月球遮擋的恆星角度大小。這種方法可以精確到角直徑約1毫弧秒，從紐約看，這個角直徑大約相當於一枚兩美分硬幣在巴黎埃菲爾鐵塔上的表面大小。然而，天空中沒有多少星星是那麼「大」的。為了解決更小的角直徑，研究小組使用了切倫科夫望遠鏡。這些儀器通常會注意來自宇宙的高能粒子和伽馬射線在遇到地球大氣層並在大氣層中快速運動時所產生的極短且微弱的藍光。

切倫科夫望遠鏡不能產生最好的光學圖像，但由於它們巨大的鏡面，通常像蒼蠅的眼睛一樣被分割成六邊形，它們對包括星光在內的快速變化的光非常敏感。2018年2月22日，美國亞利桑那州弗雷德·勞倫斯·惠普爾天文台的4架大型VERITAS望遠鏡發現了一顆名為TYC 5517-227-1恆星被一顆直徑60公里的小行星Imprinetta遮擋，從而清晰地探測到了這顆恆星的衍射圖樣。VERITAS望遠鏡允許每秒拍攝300張快照。根據這些數據，可以高精度地重建衍射圖的亮度剖面，從而使恆星的角或表觀直徑達到0.125毫弧秒。

加上它2674光年的距離，這意味著這顆恆星真實直徑是我們太陽直徑的11倍。有趣的是，這個結果將之前分類模糊的恆星歸類為紅巨星。三個月後，2018年5月22日，直徑88公里的小行星佩內洛普遮蓋了TYC 278-748-1，研究人員重複了這一壯舉。測量結果是角的大小為0.094毫弧秒，實際直徑是太陽的2.17倍。

這一次，研究小組可以根據這顆恆星的其他特徵，將其直徑與之前的估計進行比較，之前的估計是太陽直徑的2.173倍。這是直接測量過的恆星中最小角尺寸，用切倫科夫望遠鏡分析小行星的掩星，其解析度比標準月球掩星方法高十倍。而且，清晰度至少是現有干涉尺寸測量的兩倍。

正如作者所寫，這些測量值的不確定性約為10%，研究人員也希望通過優化設置，比如縮小所記錄顏色的波長，可以顯著改善這種情況。由於不同的波長有不同衍射，如果同時記錄了太多的顏色，圖案就會被抹去。初步研究建立了一種確定恆星真實直徑的新方法，科學家們估計，合適的望遠鏡每周可以觀測到一顆以上的小行星掩星。由於同一顆恆星離我們越遠，看起來就越小，所以向更小的角直徑移動也意味著擴大觀測範圍。新方法可以分析十倍於標準月球掩星方法的恆星。總之，這項技術可以為恆星研究提供足夠的數據。

博科園｜研究/來自: Deutsches Elektronen-Synchrotron

參考期刊《Nature Astronomy》

DOI: 10.1038/s41550-019-0741-z

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