Un'immagine può valere più di mille parole, ma per gli astronomi non basta semplicemente registrare immagini di stelle e galassie. Per misurare la vera dimensione e la luminosità assoluta (luminosità) dei corpi celesti, gli astronomi devono misurare con precisione la distanza da questi oggetti. Per fare ciò, i ricercatori si affidano a "candele standard", stelle la cui luminosità è così nota da agire come lampadine di potenza nota. Un modo per determinare la distanza di una stella dalla Terra è confrontare la luminosità della stella nel cielo con la sua luminosità.

Ma anche le candele standard devono essere calibrate. Per più di un decennio, gli scienziati del National Institute of Standards and Technology (NIST) hanno lavorato per migliorare i metodi per calibrare le stelle standard. Hanno osservato due stelle luminose vicine, Vega e Sirius, al fine di calibrare la loro luminosità su una gamma di lunghezze d'onda della luce visibile. I ricercatori stanno ora completando la loro analisi e pianificano di rilasciare i dati di calibrazione agli astronomi entro i prossimi 12 mesi.

I dati di calibrazione potrebbero aiutare gli astronomi che utilizzano candele standard più lontane, stelle esplose note come supernove di tipo Ia, per determinare l'età e il tasso di espansione dell'universo. (Il confronto della luminosità delle supernove remote di tipo Ia con quelle vicine ha portato alla scoperta, vincitrice del premio Nobel, che l'espansione dell'universo non sta rallentando, come previsto, ma sta effettivamente accelerando.)

Gli astronomi potrebbero essere in grado di utilizzare le calibrazioni NIST di Vega e Sirius per confrontare meglio la luminosità delle supernove di tipo Ia vicine e lontane, portando a misurazioni più accurate dell'espansione dell'universo e della sua età.

Nello studio in corso del NIST, gli scienziati osservano le due stelle vicine con un telescopio da quattro pollici che hanno progettato e posizionato in cima al Monte Hopkins nel deserto dell'Arizona meridionale. John Woodward, Susana Deustua e i loro colleghi hanno ripetutamente osservato gli spettri, o colori, della luce emessa da Vega (25 anni luce di distanza) e Sirio (8,6 anni luce). Un anno luce, la distanza che la luce percorre nel vuoto è di un anno, è di 9,46 trilioni di chilometri.

All'inizio e alla fine di ogni notte di osservazione, i ricercatori inclinano il telescopio verso il basso in modo da poter confrontare gli spettri stellari con quello di una stella artificiale, una lampada al quarzo la cui luminosità è stata misurata esattamente e posizionata a 100 metri dal telescopio.

Prima che gli scienziati possano effettuare direttamente i confronti, devono tenere conto dell'effetto dell'atmosfera terrestre, che disperde e assorbe parte della luce stellare prima che possa raggiungere il telescopio. Sebbene la luce della lampada a terra non viaggi attraverso l'intera profondità dell'atmosfera, parte di essa viene dispersa dall'aria durante il suo breve viaggio orizzontale verso il telescopio.

Per valutare quanta luce a terra viene dispersa dalla lampada, il team del NIST misura il rapporto relativo tra la potenza generata da un laser elio-neon alla sua uscita ea 100 m di distanza, nel sito della lampada.

Per determinare quanta luce stellare viene persa nell'atmosfera terrestre, i ricercatori registrano la quantità di luce stellare che raggiunge il telescopio mentre punta in direzioni diverse, scrutando attraverso diversi spessori dell'atmosfera durante la notte. I cambiamenti nella quantità di luce registrata dal telescopio con il progredire della notte consentono agli astronomi di correggere l'assorbimento atmosferico.

Una volta che Vega e Sirio sono calibrati, gli astronomi possono usare quelle stelle come trampolini di lancio per calibrare la luce di altre stelle. Ad esempio, utilizzando lo stesso telescopio, i ricercatori possono osservare un insieme di stelle leggermente più deboli, chiamatele Set 2. La luminosità di quelle stelle più deboli può quindi essere calibrata utilizzando Vega e Sirio come standard di riferimento.

Passando a un telescopio abbastanza grande da osservare sia il Set 2 appena calibrato, sia un gruppo di stelle ancora più deboli (chiamatele Set 3), gli astronomi possono calibrare la luce del Set 3 in termini di Set 2. Gli astronomi possono ripetere il processo secondo necessità per calibrare la luce di stelle estremamente remote. In questo modo, gli astronomi saranno in grado di trasferire la calibrazione NIST di Vega e Sirio a stelle che si trovano da migliaia a milioni di anni luce di distanza.

L'anno prossimo, Deustua e Woodward sposteranno il loro piccolo telescopio, ora di nuovo al NIST, all'Osservatorio del Paranal dell'European Southern Observatory (ESO), nel deserto d'alta quota del Cile settentrionale. Con un clima più secco rispetto al monte Hopkins, il sito cileno promette notti più serene per osservare Sirio e Vega e meno umidità per assorbire o disperdere la luce. Il telescopio risiederà sulla cima di una montagna, lontano dal Very Large Telescope dell'ESO, una suite di quattro telescopi da 8,2 m e quattro telescopi da 1,2 m, in modo che la luce della lampada al quarzo del NIST non interferisca con le osservazioni di galassie lontane.

Il team prevede inoltre di espandere il proprio repertorio di stelle luminose vicine per includere Arcturus (37 anni luce), Gamma Crucis (89 anni luce) e Gamma Trianguli Australis (184 anni luce) e di osservare le stelle a lunghezze d'onda infrarosse più lunghe . Il telescopio spaziale James Webb, lanciato di recente, e il telescopio spaziale romano, il cui lancio è previsto entro la fine del decennio, sono progettati per esaminare l'universo a queste lunghezze d'onda.

I ricercatori del NIST hanno recentemente ricevuto fondi per costruire un telescopio più grande in grado di osservare e calibrare stelle più deboli e lontane. Ciò consentirebbe agli astronomi di trasferire la calibrazione NIST a candele standard remote in modo più diretto. Ridurre il numero di trampolini di lancio tra le stelle osservate dal NIST e le stelle che gli astronomi stanno studiando riduce gli errori di calibrazione. + Esplora ulteriormente

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