Regarde le ciel par une nuit claire, et vous verrez beaucoup d'étoiles. Parfois, ils semblent presque à portée de main ou au moins à un court trajet en fusée. Mais l'étoile la plus proche de la Terre - sans compter notre soleil - est à plus de quatre années-lumière, à une distance de 25 000 milliards de milles.

Il y a plus de 100 milliards d'étoiles dans notre Voie Lactée, et, alors que nous avons beaucoup appris sur eux, il y en a relativement peu dont la taille a été mesurée directement parce qu'ils sont si éloignés. La taille d'une étoile est une information clé qui ouvre de nombreux autres mystères à son sujet. Plusieurs méthodes ont été utilisées pour mesurer la taille des étoiles, pourtant chacun a ses limites.

Mais maintenant une équipe internationale, y compris des chercheurs de l'Université du Delaware, a découvert une nouvelle façon de déterminer la taille des étoiles. Leur méthode s'appuie sur les capacités uniques du Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (VERITAS) de l'observatoire Fred Lawrence Whipple en Arizona, et des astéroïdes qui passent juste au bon endroit et au bon moment.

En utilisant la technique, une collaboration de 23 universités et instituts de recherche, dirigé par Tarek Hassan du Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) et Michael Daniel du Smithsonian Astrophysical Observatory, a révélé les diamètres d'une étoile géante 2, 674 années-lumière, et une étoile semblable au soleil à une distance de 700 années-lumière, la plus petite étoile mesurée dans le ciel nocturne à ce jour. La recherche a été rapportée lundi, 15 avril dans le journal Astronomie de la nature .

Dimensionner une étoile

"Connaître la taille d'une étoile est d'une importance globale, " a déclaré Jamie Holder, professeur agrégé au Département de physique et d'astronomie de l'UD et co-auteur de l'étude. "La taille et la chaleur d'une star vous disent comment elle est née, combien de temps il brillera, et comment il finira par mourir."

Pourtant, presque toutes les étoiles dans le ciel sont trop éloignées pour être mesurées avec précision, même par les meilleurs télescopes optiques.

"Vous ne pouvez tout simplement pas résoudre l'image ponctuelle d'une étoile, " Dit Holder. « Cela semblera flou à travers votre télescope. »

Pour surmonter cette limite, les scientifiques utilisent un phénomène optique appelé diffraction pour mesurer le diamètre d'une étoile. Lorsqu'un objet passe devant une étoile, un événement appelé « occultation, " l'ombre et le motif environnant des ondes lumineuses peuvent être utilisés pour calculer la taille de l'étoile.

Dans cette étude pilote, l'objet passant devant l'étoile était un astéroïde - un peu de décombres spatiaux probablement des restes de la formation des planètes il y a environ 4,6 milliards d'années.

Les astéroïdes se déplacent à une vitesse moyenne de 15 miles par seconde, ce qui a ajouté au défi de l'équipe. Normalement, les télescopes VERITAS surveillent le léger blip bleuâtre que produisent les particules cosmiques de haute énergie et les rayons gamma lorsqu'ils traversent l'atmosphère terrestre. Bien que les télescopes ne produisent pas les meilleures images optiques, ils sont extrêmement sensibles aux variations rapides de la lumière, y compris la lumière des étoiles, grâce à leur immense surface réfléchissante, segmenté en hexagones comme un œil de mouche. Holder a participé à la construction et à la mise en service des télescopes en 2006, et tous les modules de capteur de lumière pour les quatre télescopes ont été assemblés à l'UD.

Un doctorant de l'UD fait des observations pionnières

En utilisant les quatre grands télescopes VERITAS le 22 février, 2018, l'équipe a pu clairement détecter le diagramme de diffraction de l'étoile TYC 5517-227-1 alors que l'astéroïde de 60 kilomètres (37 miles) Imprinetta passait. Le doctorant de l'UD Tyler Williamson était là pour l'observation.

"C'était la première fois que nous effectuions ce type de mesure, nous nous sommes donc assurés de nous donner suffisamment de temps pour nous installer et de suivre exactement la procédure, " dit Williamson, qui était l'un des trois scientifiques de l'équipe ce soir-là. "L'occultation elle-même ne prend que quelques secondes, mais nous pointons le télescope sur l'étoile pendant environ 15 minutes pour obtenir une estimation de ce à quoi elle ressemble avant et après l'événement. Si vous voulez détecter une ombre, vous devez savoir à quoi ressemble l'objet sans que rien ne le bloque."

D'habitude, lorsque l'équipage prend des données, un ordinateur leur donne une vue en temps réel de ce qu'ils collectent au fur et à mesure qu'ils arrivent. Mais il n'y avait aucun moyen pour eux de voir cette occultation se produire. Ils n'avaient qu'à pointer le télescope et attendre.

"Personne n'était sûr que l'occultation serait même visible depuis notre emplacement en premier lieu, " a-t-il dit. " L'estimation la plus récente que nous ayons eue dans la nuit était qu'il y avait environ 50 pour cent de chance que l'ombre soit projetée sur notre observatoire - l'astéroïde est petit, et il y avait des incertitudes sur la taille et la trajectoire, 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, et, 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."