Denna bild från NASA:s Kepler -rymdfarkoster visar medlemmar av Pleiades -stjärnhopen som togs under kampanj 4 i K2 -uppdraget. Klustret sträcker sig över två av de 42 laddningskopplade enheterna (CCD) som utgör Keplers 95 megapixelkamera. De ljusaste stjärnorna i klustret - Alcyone, Atlas, Electra, Maia, Merope, Taygeta, och Pleione – är synliga för blotta ögat. Kepler var inte designad för att se så ljusa stjärnor; de får kameran att mättas, vilket leder till långa spikar och andra artefakter i bilden. Trots denna allvarliga bildförsämring, den nya tekniken har gjort det möjligt för astronomer att noggrant mäta förändringar i ljusstyrkan hos dessa stjärnor när Kepler-teleskopet observerade dem i nästan tre månader. Kredit:NASA / Aarhus Universitet / T. White
De sju systrarna, som de var kända för de gamla grekerna, är nu kända för moderna astronomer som Pleiades stjärnkluster - en uppsättning stjärnor som är synliga för blotta ögat och har studerats i tusentals år av kulturer över hela världen. Nu har Dr Tim White från Stellar Astrophysics Center vid Aarhus Universitet och hans team av danska och internationella astronomer demonstrerat en kraftfull ny teknik för att observera stjärnor som dessa, som vanligtvis är alldeles för ljusa att titta på med högpresterande teleskop. Deras arbete publiceras i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society .
Med hjälp av en ny algoritm för att förbättra observationer från Kepler -rymdteleskopet i sitt K2 -uppdrag, laget har utfört den mest detaljerade studien ännu av variationerna i dessa stjärnor. Satelliter som Kepler är konstruerade för att söka efter planeter som kretsar kring avlägsna stjärnor genom att leta efter ljusstyrkan när planeterna passerar framför, och även att göra asteroseismologi, studera strukturen och utvecklingen av stjärnor som avslöjas av förändringar i deras ljusstyrka.
Eftersom Kepler-uppdraget utformades för att titta på tusentals svaga stjärnor samtidigt, några av de ljusaste stjärnorna är faktiskt för ljusa att observera. Att rikta en ljusstråle från en ljus stjärna vid en punkt på en kameradetektor gör att de centrala pixlarna i stjärnans bild blir mättade, vilket orsakar en mycket betydande förlust av precision i mätningen av stjärnans totala ljusstyrka. Detta är samma process som orsakar förlust av dynamiskt omfång på vanliga digitalkameror, som inte kan se svaga och ljusa detaljer i samma exponering.
"Lösningen för att observera ljusa stjärnor med Kepler visade sig vara ganska enkel, ", sade huvudförfattaren Dr Tim White. "Vi är främst oroade över släkting, snarare än absolut, förändringar i ljusstyrka. Vi kan bara mäta dessa förändringar från närliggande omättade pixlar, och ignorera de mättade områdena helt och hållet."
Men förändringar i satellitens rörelse och små brister i detektorn kan fortfarande dölja signalen om stjärnvariabilitet. För att övervinna detta, författarna utvecklade en ny teknik för att vikta varje pixels bidrag för att hitta den rätta balansen där instrumentala effekter avbryts, avslöjar den sanna stjärnvariationen. Denna nya metod har fått namnet halofotometri, en enkel och snabb algoritm som författarna har släppt som gratis programvara med öppen källkod.
Varje stjärnas unika ljusstyrka avslöjar ledtrådar om deras fysiska egenskaper såsom storlek och rotationshastighet. De flesta av de ljusa stjärnorna i Pleiaderna är en typ av variabel stjärna som kallas en långsamt pulserande B-stjärna, men Maia är annorlunda, och visar tecken på en stor kemisk fläck som korsar dess yta när stjärnan roterar under en tiodagarsperiod. Kredit:Aarhus University / T. White
De flesta av de sju stjärnorna visar sig vara långsamt pulserande B-stjärnor, en klass med variabel stjärna där stjärnans ljusstyrka ändras med dagslånga perioder. Frekvenserna för dessa pulsationer är nyckeln till att utforska några av de dåligt förstådda processerna i kärnan i dessa stjärnor.
Den sjunde stjärnan, Maia, är annorlunda:det varierar med en vanlig period på 10 dagar. Tidigare studier har visat att Maia tillhör en klass med stjärnor med onormala ytkoncentrationer av vissa kemiska element som mangan. För att se om dessa saker var relaterade, en serie spektroskopiska observationer gjordes med Hertzsprung SONG-teleskopet.
"Det vi såg var att de ljusstyrkaförändringar som Kepler har sett går hand i hand med förändringar i styrkan av manganabsorption i Maias atmosfär, "sa Dr Victoria Antoci, en medförfattare till verket och biträdande professor vid Stellar Astrophysics Centre, Århus universitet. "Vi drar slutsatsen att variationerna orsakas av en stor kemisk fläck på stjärnan, som kommer in och ut ur sikten när stjärnan roterar med en tio dagars period. "
"För sextio år sedan, astronomer hade trott att de kunde se variationer i Maia med perioder på några timmar och föreslog att detta var den första i en helt ny klass av variabla stjärnor som de kallade 'Maia Variables', " sa White, "men våra nya observationer visar att Maia inte själv är en Maia -variabel!"
Inga tecken på exoplanetära transiter upptäcktes i denna studie, men författarna visar att deras nya algoritm kan uppnå den precision som kommer att behövas för Kepler och framtida rymdteleskop som Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) för att upptäcka planeter som passerar stjärnor som är lika ljusa som vår grannstjärna Alpha Centauri. Dessa närliggande ljusa stjärnor är de bästa målen för framtida uppdrag och faciliteter som James Webb Space Telescope, som ska lanseras i slutet av 2018.