Guarda il cielo in una notte limpida, e vedrai tante stelle. A volte sembrano quasi a portata di mano o almeno una breve corsa a razzo. Ma la stella più vicina alla Terra, senza contare il nostro sole, è a più di quattro anni luce di distanza, a una distanza di 25 trilioni di miglia.

Ci sono più di 100 miliardi di stelle nella nostra Via Lattea, e, mentre abbiamo imparato molto su di loro, ce ne sono relativamente pochi la cui dimensione è stata misurata direttamente perché sono così lontani. La dimensione di una stella è un'informazione chiave che svela molti altri misteri al riguardo. Diversi metodi sono stati utilizzati per misurare le dimensioni delle stelle, eppure ognuno ha i suoi limiti.

Ma ora una squadra internazionale, tra cui ricercatori dell'Università del Delaware, ha scoperto un nuovo modo per determinare la dimensione delle stelle. Il loro metodo si basa sulle capacità uniche del Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (VERITAS) presso l'Osservatorio Fred Lawrence Whipple in Arizona e sugli asteroidi che passano proprio nel posto e nel momento giusto.

Usando la tecnica, una collaborazione di 23 università e istituti di ricerca, guidato da Tarek Hassan del Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) e Michael Daniel dello Smithsonian Astrophysical Observatory, ha rivelato i diametri di una stella gigante 2, 674 anni luce di distanza, e una stella simile al sole a una distanza di 700 anni luce, la stella più piccola misurata nel cielo notturno fino ad oggi. La ricerca è stata pubblicata lunedì, 15 aprile sul giornale Astronomia della natura .

Misurare una stella

"Conoscere le dimensioni di una stella è di importanza fondamentale, "ha detto Jamie Holder, professore associato presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'UD e coautore dello studio. "Quanto è grande e quanto è calda una stella ti dice come è nata, per quanto tempo brillerà, e come alla fine morirà."

Eppure quasi tutte le stelle nel cielo sono troppo lontane per essere misurate con precisione anche dai migliori telescopi ottici.

"Non puoi risolvere l'immagine puntiforme di una stella, "Ha detto Holder. "Sembrerà sfocato attraverso il tuo telescopio."

Per superare questo limite, gli scienziati usano un fenomeno ottico chiamato diffrazione per misurare il diametro di una stella. Quando un oggetto passa davanti a una stella, un evento chiamato "occultazione, " l'ombra e il modello circostante delle onde luminose possono essere utilizzati per calcolare le dimensioni della stella.

In questo studio pilota, l'oggetto che passava davanti alla stella era un asteroide, un po' di macerie spaziali probabilmente rimaste da quando i pianeti si sono formati circa 4,6 miliardi di anni fa.

Gli asteroidi viaggiano a una velocità media di 15 miglia al secondo, che ha aggiunto alla sfida della squadra. Normalmente, i telescopi VERITAS osservano il debole segnale bluastro che le particelle cosmiche ad alta energia ei raggi gamma producono quando attraversano l'atmosfera terrestre. Mentre i telescopi non producono le migliori immagini ottiche, sono estremamente sensibili alle rapide variazioni di luce, compresa la luce delle stelle, grazie alla loro enorme superficie specchiata, segmentato in esagoni come l'occhio di una mosca. Holder è stato coinvolto nella costruzione e messa in servizio dei telescopi nel 2006, e tutti i moduli del sensore di luce per i quattro telescopi sono stati assemblati all'UD.

Il dottorando UD fa osservazioni pionieristiche

Utilizzando i quattro grandi telescopi VERITAS il 22 febbraio, 2018, il team ha potuto rilevare chiaramente il modello di diffrazione della stella TYC 5517-227-1 al passaggio dell'asteroide Imprinetta di 60 chilometri (37 miglia). Lo studente di dottorato di UD Tyler Williamson era lì per l'osservazione.

"Era la prima volta che eseguivamo questo tipo di misurazione, quindi ci siamo assicurati di darci tutto il tempo per prepararci e seguire esattamente la procedura, " ha detto Williamson, che era uno dei tre scienziati del turno quella notte. "L'occultazione stessa richiede solo pochi secondi, ma puntiamo il telescopio verso la stella per circa 15 minuti circa per avere una stima di come appare prima e dopo l'evento. Se vuoi rilevare un'ombra, devi sapere che aspetto ha l'oggetto senza che nulla lo blocchi."

Generalmente, quando l'equipaggio prende i dati, un computer fornisce loro una visione in tempo reale di ciò che stanno raccogliendo quando arriva. Ma non c'era modo per loro di vedere l'occultazione che si verificava. Dovevano semplicemente puntare il telescopio e aspettare.

"Nessuno era sicuro che l'occultazione sarebbe stata visibile anche dalla nostra posizione, in primo luogo, " ha detto. "La stima più recente che abbiamo avuto durante la notte era che c'era circa il 50 percento di possibilità che l'ombra sarebbe stata proiettata sul nostro osservatorio:l'asteroide è piccolo, e c'erano incertezze nelle dimensioni e nella traiettoria, making it impossible to say for sure where the shadow would fall."

The crew took the data, emailed it to the principal investigators on the project, and called it a night.

"I remember waking up the following afternoon to an email from the PIs with a nice plot showing a clear detection of the shadow, " Williamson said. "We were all very excited, e, as observers, we were quite happy to be a part of the result."

The VERITAS telescopes allowed the team to take 300 snapshots every second. From these data, the brightness profile of the diffraction pattern could be reconstructed with high accuracy, resulting in an angular, or apparent, diameter of the star of 0.125 milliarcseconds. Together with its distance of 2, 674 light-years, the scientists determined that the star's true diameter is 11 times that of our sun, categorizing it as a red giant star.

According to Holder, this star is about 200 million times farther away from us than the sun, but it's still well within our Milky Way Galaxy, which is 100, 000 light years across.

The researchers repeated the feat three months later on May 22, 2018, when asteroid Penelope with a diameter of 88 kilometers occulted the star TYC 278-748-1. The measurements resulted in an angular size of 0.094 milliarcseconds and a true diameter of 2.17 times that of our sun—the smallest star ever measured directly.

But "small" is relative. "This star is a G dwarf, twice as big as our sun and about 700 times farther away from us than our closest star, " Holder said.

While the new technique delivers a ten times better resolution than the standard method astronomers have been using, based on lunar occultation, and is twice as sharp as size measurements using interferometric techniques, Holder said the team is working to refine it for even greater accuracy.

"Asteroids pass by Earth every day, " Holder said. "VERITAS is gearing up to increase its observations and extend its observation range, building data on a whole new population of stars."