天文学家的新技术可高精度测量恒星的温度

天文学家通过观察恒星发出的不同颜色的光来研究恒星——它们使用光谱学捕捉和分析这些颜色。现在，由蒙特利尔大学的ÉtienneArtigau领导的一个团队开发了一种技术，该技术利用恒星的光谱来绘制其温度在一段时间内的变化，精确到十分之一摄氏度。

“通过追踪恒星的温度，我们可以了解很多关于它的信息，比如它的自转周期、恒星活动、磁场，”蒙特利尔大学特罗蒂尔系外行星研究所(IREx)的天体物理学家阿蒂高解释道。“这些详细的知识对于寻找和研究恒星的行星也是必不可少的。”

在一篇被《天文学杂志》接受发表、目前可在arXiv预印本服务器上查阅的文章中，阿蒂高和他的团队利用位于夏威夷的加拿大-法国-夏威夷望远镜和位于智利拉西拉的欧洲南方天文台(ESO)3.6米望远镜对四颗非常不同的恒星进行了观测，证明了该技术的有效性和多功能性。

一种更好的光谱分析技术

科学家们首先将注意力转向恒星光谱，以改进使用径向速度探测系外行星的方法。这种方法测量恒星在行星引力作用下产生的轻微振荡。振荡越大，行星越大。

但很难探测到非常小的振荡，因此很难探测到低质量行星。为了解决这个问题，阿蒂高和他的团队开发了一种利用径向速度法的技术，可以分析恒星的整个光谱，而不仅仅是少数几个部分，就像以前用这种方法所做的那样。

这使得探测像地球一样围绕小恒星运转的行星成为可能。阿蒂高随后提出了一个想法，即使用类似的策略来探测恒星振荡的变化以及其温度的变化。

区分恒星和行星

温度测量对于寻找系外行星至关重要，因为系外行星的观测大多是通过密切跟踪恒星来间接进行的。近年来，天文学家面临着一个重大障碍：如何区分恒星和行星的可观测效应。

无论是使用径向速度寻找系外行星，还是使用凌日光谱研究其大气层，这都存在一个问题。

参与这项研究的IREx博士生查尔斯·卡迪厄(CharlesCadieux)解释说：“如果不清楚主恒星的特性以及它们随时间的变化情况，就很难确认系外行星的存在或研究其大气层。”

“这项新技术为我们提供了宝贵的工具，确保我们对系外行星的了解是扎实的，并有助于我们对其特性的描述。”

无与伦比的精度

恒星的表面温度是天文学家依赖的基本属性，因为它可用于确定恒星的光度和化学成分。恒星的确切温度最多可以精确到20°C左右。

然而，新技术测量的并不是精确的温度，而是随时间变化的温度变化，并且可以非常精确地确定温度变化。

“我们无法判断一颗恒星的温度是5,000°C还是5,020°C，但我们可以确定它的温度是增加还是减少了一度，哪怕只是几分之一度——以前从来没有人这样做过，”阿蒂高说。

“检测人体如此微小的温度变化是一项挑战，所以想象一下，对于数十光年之外的一个温度达数千的气态球来说，情况会是什么样的。”

对四位明星前所未有的洞察

为了证明他们的技术有效，研究人员使用了加拿大-法国-夏威夷望远镜的SPIRou光谱仪和ESO3.6米望远镜的HARPS光谱仪拍摄的观测数据。

在这两台望远镜捕捉到的太阳附近四颗小恒星的数据中，研究小组可以清楚地看到温度变化，他们将此归因于恒星的自转或其表面或周围环境中的事件。

新技术使得测量温度的巨大变化成为可能。对于以恒星活动频繁而闻名的AUMicroscopii恒星，该团队记录了近40°C的温度变化。

利用这种技术，他们不仅能够测量与几天的短自转周期相关的非常快速的温度变化，例如显微镜座AAU和波江座Epsilon的变化，而且还能够测量在更长时间内发生的温度变化，这对于地面望远镜来说是一项艰巨的任务。

“我们能够测量在很长一段时间内发生的几度或更少的变化，例如与巴纳德星旋转相关的变化，巴纳德星是一颗非常安静的恒星，需要五个月才能完成一次完整的旋转，”阿蒂高解释说。“以前，我们必须使用哈勃太空望远镜来测量这种微妙而缓慢的变化。”

新技术还使得探测恒星表面非常细微的温度变化成为可能。例如，研究小组探测到恒星HD189733的细微温度变化与其系外行星HD189733b(一颗巨大的热木星)的轨道相吻合。

开辟了新视野

蒙特利尔大学的研究人员指出，该技术不仅适用于SPIRou和HARPS，还适用于任何在可见光或红外范围内操作的光谱仪。

这项创新技术将直接应用于NIRPS的观测，NIRPS是去年安装在智利ESO望远镜上的光谱仪。研究人员表示，这项技术也有可能用于太空仪器，例如詹姆斯·韦伯太空望远镜。

阿蒂高说：“这项技术的强大功能和多功能性意味着，我们可以利用来自众多天文台的现有数据来探测以前太小而无法察觉的变化，即使在很长的时间尺度上也是如此。”

“这为我们研究恒星、恒星活动及其行星开辟了新的视野。”