美國國家航空航天局的羅馬望遠(yuǎn)鏡將如何測量恒星的年齡
（神秘的美國地球uux.cn）據(jù)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(xué)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(zhàn)。一旦像我們的羅馬量恒太陽這樣的恒星穩(wěn)定地進(jìn)行核聚變，或者進(jìn)入其生命的望遠(yuǎn)成熟階段，它在數(shù)十億年內(nèi)幾乎沒有變化。年齡這條規(guī)則的美國一個例外是恒星的自轉(zhuǎn)周期——自轉(zhuǎn)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(yuǎn)鏡通過測量數(shù)十萬顆恒星的自轉(zhuǎn)周期，有望在2027年5月發(fā)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(zhuǎn)得很快。望遠(yuǎn)然而，年齡太陽質(zhì)量或更小的美國恒星將在數(shù)十億年內(nèi)逐漸減速。這種減速是航空航天何測由被稱為恒星風(fēng)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(dǎo)致恒星旋轉(zhuǎn)得更慢，就像滑冰運(yùn)動員伸展手臂時會減速一樣。
這種效應(yīng)被稱為磁制動，取決于恒星磁場的強(qiáng)度。自轉(zhuǎn)速度更快的恒星具有更強(qiáng)的磁場，這會導(dǎo)致它們更快地減速。由于這些磁場的影響，大約10億年后，質(zhì)量和年齡相同的恒星將以相同的速度自轉(zhuǎn)。因此，如果你知道一顆恒星的質(zhì)量和自轉(zhuǎn)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(zhuǎn)
天文學(xué)家如何測量遙遠(yuǎn)恒星的自轉(zhuǎn)速度？他們尋找恒星亮度因星點而發(fā)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(dāng)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(cè)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(xué)天文臺拍攝。它顯示了許多太陽黑子。其他恒星也會經(jīng)歷星斑，這會導(dǎo)致恒星觀察到的亮度隨著星斑的旋轉(zhuǎn)而變化。通過測量這些亮度的變化，天文學(xué)家可以推斷出恒星的自轉(zhuǎn)周期。美國國家航空航天局的Nancy Grace Roman太空望遠(yuǎn)鏡將收集位于銀河系中心方向的數(shù)十萬顆恒星的亮度測量結(jié)果，從而獲得它們自轉(zhuǎn)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(dāng)斑點在視野內(nèi)外旋轉(zhuǎn)時，它會經(jīng)歷一種規(guī)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(qū)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(zhuǎn)中提取出變暗的周期性信號變得更加困難。
應(yīng)用人工智能
佛羅里達(dá)大學(xué)的一個天文學(xué)家團(tuán)隊正在開發(fā)新技術(shù)，通過美國國家航空航天局Nancy Grace Roman太空望遠(yuǎn)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(zhuǎn)周期。
他們正在使用一種稱為卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)首先必須在模擬的光線曲線上進(jìn)行訓(xùn)練。佛羅里達(dá)大學(xué)博士后助理Zachary Claytor是該項目的科學(xué)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(dǎo)致不規(guī)則的亮度波動，這使得很難梳理出由于恒星旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)致的周期性變暗信號。這張來自buttopy程序的數(shù)據(jù)圖顯示了模擬恒星的觀測亮度在單個旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)是如何變化的。美國國家航空航天局的羅馬太空望遠(yuǎn)鏡將能夠測量數(shù)十萬顆恒星的光曲線，從而測量它們的自轉(zhuǎn)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(shè)置許多變量，如恒星的自轉(zhuǎn)速率、斑點數(shù)量和斑點壽命。然后，它將計算恒星自轉(zhuǎn)時斑點如何出現(xiàn)、演化和衰減，并將斑點演化轉(zhuǎn)換為光曲線——我們將從遠(yuǎn)處測量。”。
該團(tuán)隊已經(jīng)將他們訓(xùn)練過的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于美國國家航空航天局的TESS（凌日外行星探測衛(wèi)星）的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)效應(yīng)使準(zhǔn)確測量較長的恒星自轉(zhuǎn)周期變得更具挑戰(zhàn)性，然而該團(tuán)隊經(jīng)過訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠使用TESS數(shù)據(jù)準(zhǔn)確測量這些較長的自轉(zhuǎn)周期。
羅曼的巡星
即將到來的羅馬太空望遠(yuǎn)鏡將通過其銀河膨脹時域調(diào)查收集數(shù)億顆恒星的數(shù)據(jù)，這是其將進(jìn)行的三項核心社區(qū)調(diào)查之一。羅曼將觀察我們銀河系的中心——一個擠滿恒星的區(qū)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(xué)研究成為可能，從尋找遙遠(yuǎn)的系外行星到確定恒星的自轉(zhuǎn)速率。
天文界仍在制定具體的勘測設(shè)計。美國國家航空航天局資助的恒星自轉(zhuǎn)研究有望為潛在的調(diào)查策略提供信息。
佛羅里達(dá)大學(xué)天文學(xué)助理教授、該項目的首席研究員Jamie Tayar說：“我們可以根據(jù)不同的調(diào)查策略，測試哪些東西很重要，以及我們可以從羅馬數(shù)據(jù)中提取什么。因此，當(dāng)我們真正獲得數(shù)據(jù)時，我們已經(jīng)有了一個計劃。”。
她補(bǔ)充道：“我們已經(jīng)有了很多工具，我們認(rèn)為它們可以適應(yīng)Roman。”。
Nancy Grace Roman太空望遠(yuǎn)鏡由位于馬里蘭州格林貝爾特的NASA戈達(dá)德太空飛行中心管理，南加州的NASA噴氣推進(jìn)實驗室和加州理工學(xué)院/IPAC、巴爾的摩的太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所以及由多個研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)家組成的科學(xué)團(tuán)隊參與其中。主要的工業(yè)合作伙伴是位于科羅拉多州博爾德的BAE系統(tǒng)股份有限公司；佛羅里達(dá)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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