Une image peut valoir mille mots, mais pour les astronomes, enregistrer simplement des images d'étoiles et de galaxies ne suffit pas. Pour mesurer la taille réelle et la luminosité absolue (luminosité) des corps célestes, les astronomes doivent évaluer avec précision la distance à ces objets. Pour ce faire, les chercheurs s'appuient sur des "bougies standard", des étoiles dont les luminosités sont si bien connues qu'elles agissent comme des ampoules de puissance connue. Une façon de déterminer la distance d'une étoile à la Terre est de comparer la luminosité de l'étoile dans le ciel à sa luminosité.

Mais même les bougies standard doivent être calibrées. Depuis plus d'une décennie, les scientifiques du National Institute of Standards and Technology (NIST) travaillent à l'amélioration des méthodes d'étalonnage des étoiles standard. Ils ont observé deux étoiles brillantes proches, Vega et Sirius, afin de calibrer leur luminosité sur une gamme de longueurs d'onde de lumière visible. Les chercheurs terminent maintenant leur analyse et prévoient de communiquer les données d'étalonnage aux astronomes dans les 12 prochains mois.

Les données d'étalonnage pourraient aider les astronomes qui utilisent des bougies standard plus éloignées - des étoiles éclatées connues sous le nom de supernovae de type Ia - pour déterminer l'âge et le taux d'expansion de l'univers. (La comparaison de la luminosité des supernovas éloignées de type Ia à celle des supernovas proches a conduit à la découverte, récompensée par le prix Nobel, que l'expansion de l'univers ne ralentit pas, comme prévu, mais s'accélère en fait.)

Les astronomes pourront peut-être utiliser les étalonnages NIST de Vega et de Sirius pour mieux comparer la luminosité des supernovas de type Ia proches et lointaines, conduisant à des mesures plus précises de l'expansion de l'univers et de son âge.

Dans l'étude en cours du NIST, les scientifiques observent les deux étoiles proches avec un télescope de quatre pouces qu'ils ont conçu et placé au sommet du mont Hopkins dans le désert du sud de l'Arizona. John Woodward, Susana Deustua et leurs collègues ont observé à plusieurs reprises les spectres, ou couleurs, de la lumière émise par Vega (à 25 années-lumière) et Sirius (à 8,6 années-lumière). Une année-lumière, la distance parcourue par la lumière dans le vide est d'un an, soit 9,46 billions de kilomètres.

Au début et à la fin de chaque nuit d'observation, les chercheurs inclinent le télescope vers le bas afin de pouvoir comparer le spectre stellaire à celui d'une étoile artificielle, une lampe à quartz dont la luminosité a été exactement mesurée et placée à 100 mètres du télescope.

Avant que les scientifiques puissent directement faire les comparaisons, ils doivent tenir compte de l'effet de l'atmosphère terrestre, qui disperse et absorbe une partie de la lumière des étoiles avant qu'elle ne puisse atteindre le télescope. Bien que la lumière de la lampe au sol ne traverse pas toute la profondeur de l'atmosphère, une partie est diffusée par l'air lors de son court trajet horizontal vers le télescope.

Pour évaluer la quantité de lumière au sol diffusée par la lampe, l'équipe du NIST mesure le rapport relatif de la puissance générée par un laser hélium-néon à sa sortie et à 100 m de distance, sur le site de la lampe.

Pour déterminer la quantité de lumière stellaire perdue dans l'atmosphère terrestre, les chercheurs enregistrent la quantité de lumière stellaire atteignant le télescope lorsqu'il pointe dans différentes directions, en regardant à travers différentes épaisseurs de l'atmosphère pendant la nuit. Les changements dans la quantité de lumière enregistrée par le télescope au fil de la nuit permettent aux astronomes de corriger l'absorption atmosphérique.

Une fois que Vega et Sirius sont calibrés, les astronomes peuvent utiliser ces étoiles comme tremplins pour calibrer la lumière des autres étoiles. Par exemple, en utilisant le même télescope, les chercheurs peuvent observer un ensemble d'étoiles légèrement plus faibles - appelez-les Set 2. La luminosité de ces étoiles plus faibles peut ensuite être calibrée en utilisant Vega et Sirius comme étalons de référence.

En passant à un télescope suffisamment grand pour observer à la fois l'ensemble 2 nouvellement calibré et un groupe d'étoiles encore plus faibles (appelez-les ensemble 3), les astronomes peuvent calibrer la lumière de l'ensemble 3 en fonction de l'ensemble 2. Les astronomes peuvent répéter le processus si nécessaire. pour calibrer la lumière d'étoiles extrêmement lointaines. De cette façon, les astronomes pourront transférer l'étalonnage NIST de Vega et Sirius vers des étoiles situées à des milliers, voire des millions d'années-lumière.

L'année prochaine, Deustua et Woodward déplaceront leur petit télescope, maintenant de retour au NIST, à l'Observatoire Paranal de l'Observatoire européen austral (ESO) dans le désert de haute altitude du nord du Chili. Avec un climat plus sec que Mt. Hopkins, le site chilien promet des nuits plus claires pour observer Sirius et Vega et moins d'humidité pour absorber ou diffuser la lumière. Le télescope résidera au sommet d'une montagne loin du Very Large Telescope de l'ESO, une suite de quatre télescopes de 8,2 m et de quatre télescopes de 1,2 m, afin que la lumière de la lampe à quartz du NIST n'interfère pas avec les observations de galaxies lointaines.

L'équipe prévoit également d'élargir son répertoire d'étoiles proches brillantes pour inclure Arcturus (37 années-lumière), Gamma Crucis (89 années-lumière) et Gamma Trianguli Australis (184 années-lumière) et pour observer les étoiles à des longueurs d'onde infrarouges plus longues. . Le télescope spatial James Webb récemment lancé et le télescope spatial romain, dont le lancement est prévu d'ici la fin de la décennie, sont conçus pour examiner l'univers à ces longueurs d'onde.

Les chercheurs du NIST ont récemment reçu des fonds de démarrage pour construire un télescope plus grand qui pourrait observer et calibrer des étoiles plus faibles et plus éloignées. Cela permettrait aux astronomes de transférer plus directement l'étalonnage du NIST vers des bougies standard distantes. Réduire le nombre de tremplins entre les étoiles observées par le NIST et les étoiles que les astronomes étudient réduit les erreurs d'étalonnage. + Explorer plus loin

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