美國國家航空航天局的羅馬望遠鏡將如何測量恒星的年齡
發表于 2025-12-08 13:50:59
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桑間濮上網
（神秘的美國地球uux.cn）據美國宇航局（克里斯汀·普利亞姆）：猜測你的年齡可能是一個流行的狂歡游戲，但對天文學家來說，航空航天何測確定恒星的局的鏡年齡是一個真正的挑戰。一旦像我們的羅馬量恒太陽這樣的恒星穩定地進行核聚變，或者進入其生命的望遠成熟階段，它在數十億年內幾乎沒有變化。年齡這條規則的美國一個例外是恒星的自轉周期——自轉的速度。美國國家航空航天局的航空航天何測Nancy Grace Roman太空望遠鏡通過測量數十萬顆恒星的自轉周期，有望在2027年5月發射后，局的鏡對我們銀河系的羅馬量恒恒星種群有新的了解。
星星生來就旋轉得很快。望遠然而，年齡太陽質量或更小的美國恒星將在數十億年內逐漸減速。這種減速是航空航天何測由被稱為恒星風的帶電粒子流和恒星自身磁場之間的相互作用引起的。這種相互作用消除了角動量，局的鏡導致恒星旋轉得更慢，就像滑冰運動員伸展手臂時會減速一樣。
這種效應被稱為磁制動，取決于恒星磁場的強度。自轉速度更快的恒星具有更強的磁場，這會導致它們更快地減速。由于這些磁場的影響，大約10億年后，質量和年齡相同的恒星將以相同的速度自轉。因此，如果你知道一顆恒星的質量和自轉速度，你就有可能估計它的年齡。通過了解大量恒星的年齡，我們可以研究我們的星系是如何隨著時間的推移而形成和演化的。
測量恒星旋轉
天文學家如何測量遙遠恒星的自轉速度？他們尋找恒星亮度因星點而發生的變化。星斑，就像太陽上的太陽黑子一樣，是恒星表面較冷、較暗的斑塊。當一個星點在視野中時，該恒星將比該星點位于恒星的另一側時略暗。
這張我們太陽的照片拍攝于2012年8月，由美國國家航空航天局的太陽動力學天文臺拍攝。它顯示了許多太陽黑子。其他恒星也會經歷星斑，這會導致恒星觀察到的亮度隨著星斑的旋轉而變化。通過測量這些亮度的變化，天文學家可以推斷出恒星的自轉周期。美國國家航空航天局的Nancy Grace Roman太空望遠鏡將收集位于銀河系中心方向的數十萬顆恒星的亮度測量結果，從而獲得它們自轉速率的信息。來源：uux.cn/美國國家航空航天局
如果一顆恒星上有一個很大的斑點，當斑點在視野內外旋轉時，它會經歷一種規則的變暗和變亮模式。（這種變暗可以與凌日系外行星引起的類似影響區分開來。）但一顆恒星在任何時候都可能有幾十個斑點散布在其表面，而且這些斑點會隨著時間的推移而變化，這使得從恒星旋轉中提取出變暗的周期性信號變得更加困難。
應用人工智能
佛羅里達大學的一個天文學家團隊正在開發新技術，通過美國國家航空航天局Nancy Grace Roman太空望遠鏡項目資助的一個項目，從恒星亮度隨時間的測量中提取旋轉周期。
他們正在使用一種稱為卷積神經網絡的人工智能來分析光線曲線，或恒星亮度隨時間的變化圖。要做到這一點，神經網絡首先必須在模擬的光線曲線上進行訓練。佛羅里達大學博士后助理Zachary Claytor是該項目的科學首席研究員，他編寫了一個名為“buttopy”的程序來生成這樣的光曲線。
一顆恒星在任何時候都可能有幾十個斑點散布在其表面，導致不規則的亮度波動，這使得很難梳理出由于恒星旋轉而導致的周期性變暗信號。這張來自buttopy程序的數據圖顯示了模擬恒星的觀測亮度在單個旋轉周期內是如何變化的。美國國家航空航天局的羅馬太空望遠鏡將能夠測量數十萬顆恒星的光曲線，從而測量它們的自轉速率，為我們銀河系中的恒星種群帶來新的見解。資料來源：uux.cn/美國國家航空航天局，拉爾夫·克勞福德（STScI）
克萊托解釋道：“該程序允許用戶設置許多變量，如恒星的自轉速率、斑點數量和斑點壽命。然后，它將計算恒星自轉時斑點如何出現、演化和衰減，并將斑點演化轉換為光曲線——我們將從遠處測量。”。
該團隊已經將他們訓練過的神經網絡應用于美國國家航空航天局的TESS（凌日外行星探測衛星）的數據。系統效應使準確測量較長的恒星自轉周期變得更具挑戰性，然而該團隊經過訓練的神經網絡能夠使用TESS數據準確測量這些較長的自轉周期。
羅曼的巡星
即將到來的羅馬太空望遠鏡將通過其銀河膨脹時域調查收集數億顆恒星的數據，這是其將進行的三項核心社區調查之一。羅曼將觀察我們銀河系的中心——一個擠滿恒星的區域——以測量這些恒星中有多少恒星的亮度隨著時間的推移而變化。這些測量將使多項科學研究成為可能，從尋找遙遠的系外行星到確定恒星的自轉速率。
天文界仍在制定具體的勘測設計。美國國家航空航天局資助的恒星自轉研究有望為潛在的調查策略提供信息。
佛羅里達大學天文學助理教授、該項目的首席研究員Jamie Tayar說：“我們可以根據不同的調查策略，測試哪些東西很重要，以及我們可以從羅馬數據中提取什么。因此，當我們真正獲得數據時，我們已經有了一個計劃。”。
她補充道：“我們已經有了很多工具，我們認為它們可以適應Roman。”。
Nancy Grace Roman太空望遠鏡由位于馬里蘭州格林貝爾特的NASA戈達德太空飛行中心管理，南加州的NASA噴氣推進實驗室和加州理工學院/IPAC、巴爾的摩的太空望遠鏡科學研究所以及由多個研究機構的科學家組成的科學團隊參與其中。主要的工業合作伙伴是位于科羅拉多州博爾德的BAE系統股份有限公司；佛羅里達州墨爾本的L3Harris Technologies；以及加利福尼亞州千橡園的Teledyne Scientific&Imaging。 |
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