Gamma-Ray-telescopen kunnen de diameters van sterren meten

In de astronomie hangt de scherpte van je beeld af van de grootte van je telescoop. Toen Galileo en anderen eeuwen geleden de hemel met telescopen begonnen te bekijken, veranderde dit ons begrip van de kosmos.

Objecten zoals planeten, met het blote oog te zien als lichtpunten aan de hemel, kunnen nu worden gezien als lichtbollen met oppervlaktekenmerken. Maar zelfs met deze vroege telescopen verschenen sterren nog steeds als een lichtpunt. Hoewel Galileo de grootte van Jupiter of Saturnus kon zien, wist hij niet hoe groot een ster was.

Bij de foto: Afbeelding van de rode superreus Betelgeuze. Credits: Alex Lobel, Andrea Dupree, Ronald Gilliland, CfA, STScI, NASA, ESA

Dat veranderde pas in 1995 toen de Hubble-ruimtetelescoop Betelgeuze niet als een punt, maar als een wazige schijf in beeld bracht. Het was voor het eerst dat astronomen de grootte van een ster rechtstreeks konden bepalen. Astronomen konden eindelijk de schijnbare grootte van een ster vergelijken met theoretische berekeningen op basis van massa, kleur en helderheid. Sindsdien hebben zowel op de grond als op de ruimte gebaseerde optische telescopen rechtstreeks sterren en zelfs planeten afgebeeld. Maar astronomie op andere golflengten zorgde voor nieuwe uitdagingen.

In de radioastronomie ging het om de golflengte van radiolicht. Optische telescopen gebruiken licht met golflengten in de orde van grootte van een paar honderd nanometer, de golflengten die door radiotelescopen worden gebruikt, zijn doorgaans millimeters of centimeters. Aangezien de resolutie van telescoop mee bepaald wordt door de golflengte van het ontvangen “licht”, zou een radiotelescoop bijna een miljoen keer groter moeten zijn om een ​​scherp beeld te creëren. Het is niet haalbaar om zo'n grote radioantenne te maken. Dus in plaats daarvan gebruiken radioastronomen een techniek die bekend staat als interferometrie.

Bij de foto: Een afbeelding met hoge resolutie van Betelgeuse gemaakt door de ALMA-radiotelescoop. Credits: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) / E. O'Gorman / P. Kervella
 

Met radio-interferometrie bekijkt een reeks antenneschotels hetzelfde object vanuit verafgelegen posities. Lichtgolven van het object worden ontvangen op iets andere tijden, afhankelijk van de antennelocatie. Door de antennesignalen te correleren, kunnen astronomen een virtuele telescoop ter grootte van de array maken. Dit maakt observatoria zoals de VLA en ALMA zo krachtig. Met radio-interferometrie kunnen astronomen zelfs een virtuele telescoop ter grootte van de aarde maken, die ze bijvoorbeeld gebruikten om een zwart gat in beeld te brengen. 

Maar je hoeft geen afbeelding met een hoge resolutie van een ster te maken om de grootte direct te meten. Onlangs heeft een team de grootte van twee sterren gemeten, β Canis Majoris en ε Orionis, en ze deden dit met een reeks gammastraaltelescopen die bekend staan ​​als VERITAS.

Bij de foto: Artistieke impressie van het gebruik van interferometrie met stellaire intensiteit om de resolutie te verhogen. Credits: CfA, M. Weiss

Hoewel radiogolflengten veel langer zijn dan zichtbaar licht, hebben gammastraling veel kortere golflengten. Zo kort dat gammastralen bijna als deeltjes werken. De radio-interferometriemethode werkt niet voor gammastraling. Dus het team gebruikte een ander type interferometrie, bekend als intensiteitsinterferometrie. Met deze methode meten meerdere antennes alleen de intensiteit of helderheid van een bron, zodat men zich geen zorgen hoeft te maken over de golfeigenschappen van de gammastraling. De methode is eerder gebruikt met radio- en optische telescopen, maar dit is de eerste keer dat deze wordt gebruikt met gammastraling.

Zowel β Canis Majoris als ε Orionis zijn blauwe reuzensterren. De eerste is ongeveer 500 lichtjaar verwijderd, terwijl de laatste 2000 lichtjaar verwijderd is. Hun schijnbare afmetingen zijn minder dan een milliarcseconde, wat kleiner is dan de resolutie van de Hubble-ruimtetelescoop. Met deze methode heeft het team de schijnbare grootte van deze sterren gemeten met een onzekerheid van minder dan 5%.

De VERITAS-array – met antennes voor intensiteitsinterferometrie - bevat slechts vier antennes, dus dit is slechts een eerste stap. Met meer antennes zou deze methode kunnen worden gebruikt om uiterst nauwkeurige waarnemingen van verre sterren te maken.

Auteur: Jan Vyvey.
Referentie: A.U. Abeysekara, et al. “Demonstratie van interferometrie met stellaire intensiteit met de vier VERITAS-telescopen“. Natuurastronomie (2020): 1-6
Bron: Universe Today, door Dr. Brian Koberlein