Zvijezde tamne jače nego što modeli predviđaju

Istraživački tim s Georgia State Universityja, koristeći CHARA Array na Mount Wilsonu u Kaliforniji, promatrao je 31 obližnju zvijezdu u kasnim fazama života — subgigante, gigante i supergigante čije su se vanjske atmosfere znatno proširile. Mjerili su takozvano rubno tamnjenje, pojavu da zvijezda nije jednoliko svijetli disk: središte joj je svjetlije jer zrači iz dubljih i toplijih slojeva, a rub tamniji jer svjetlost dolazi iz plićih, hladnijih slojeva i prolazi kroz više zvjezdanog materijala.

Umjesto izravnih snimki, CHARA kombinira svjetlost šest teleskopa i proizvodi interferencijski uzorak čiji se kontrast mijenja s razmakom između teleskopa. Iz tih promjena astronomi čitaju i veličinu zvijezde i raspored svjetline po njezinoj površini. Tim je istovremeno promatrao iste zvijezde kroz dva bliska infracrvena filtra, na 1,6 i 2,2 mikrometra, kako bi vidio kako rubno tamnjenje ovisi o valnoj duljini.

Modeli pogađaju smjer, ali promašuju veličinu

Rezultat je jasan i ne ide u prilog postojećim modelima zvjezdanih atmosfera. Kad se valna duljina povećala s 1,6 na 2,2 mikrometra, snaga rubnog tamnjenja u promatranom uzorku pala je za oko 38 posto. Modeli su predvidjeli isti smjer promjene, ali znatno manji pad — između 17 i 22 posto. Drugim riječima, modeli hvataju opće ponašanje, ali ne i njegovu stvarnu mjeru.

Voditelj istraživanja Narsireddy Anugu izravno opisuje što se time testira: ne mjeri se samo koliko su zvijezde velike, nego kako je njihova svjetlost raspoređena po disku, što je izravna provjera modela atmosfera. Gail Schaefer, direktorica CHARA Arrayja, dodaje da kombiniranje svjetlosti teleskopa s vrha planine omogućuje snimanje zvijezda s dovoljno detalja da se vidi kako im površine doista izgledaju.

Zašto je to važno izvan astronomske kuhinje? Rubno tamnjenje izravno ulazi u mjerenje promjera zvijezda, ali i u karakterizaciju egzoplaneta koji prelaze preko svog matičnog sunca. Količina svjetlosti koju planet blokira tijekom tranzita ovisi o tome koliko je koji dio zvjezdanog diska svijetao. Ako je raspored svjetline pogrešno modeliran, pogrešno se računaju i veličine planeta i njihove orbite.

Što se skriva iza pogreške

Studija je objavljena u The Astronomical Journal i nudi novi empirijski reper za testiranje modela u bliskom infracrvenom području. Tim pritom nije našao dokaze o velikim zvjezdanim pjegama ni o skrivenim pratiocima u promatranom uzorku, što znači da se odstupanje ne može lako pripisati površinskim posebnostima. Sljedeći koraci idu prema širem rasponu valnih duljina, od vidljivog do bliskog infracrvenog svjetla, te prema manjim zvijezdama glavnog niza — teže ih je razlučiti, ali su ključne za razumijevanje tranzitnih egzoplaneta oko zvijezda sličnih Suncu.

Ovdje se otvara pitanje koje istraživački tim nije postavio: koliko su pouzdani zaključci o egzoplanetima doneseni na temelju modela koji, kako ovo mjerenje pokazuje, ne reproduciraju ni ponašanje obližnjih zvijezda koje možemo izravno mjeriti? Ako pogreška postoji u našem dvorištu, na zvijezdama udaljenima nekoliko desetaka svjetlosnih godina, teško je pretpostaviti da nestaje na udaljenostima od stotina ili tisuća svjetlosnih godina, gdje se provode glavna istraživanja egzoplaneta.

Ovo nije prvi put da precizna mjerenja potkopavaju uvriježene modele. Povijest astronomije puna je slučajeva u kojima je instrument nadmašio teoriju i prisilio je na reviziju. Razlika je u tome što se danas posljedice ne zaustavljaju na akademskim krugovima: o modelima zvjezdanih atmosfera ovise katalozi egzoplaneta, procjene nastanjivosti i raspodjela istraživačkih proračuna. Kad mjerenje pokaže da je stvarnost drugačija, pitanje nije samo znanstveno nego i pitanje odgovornosti prema javnosti koja financira ta istraživanja.