En aldrig tidigare skådad samling av pulserande jätteröda stjärnor har identifierats av astronomer vid University of Hawaiʻi Institute for Astronomy (IfA). Med hjälp av observationer från NASA:s Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), forskarna upptäckte stjärnorna, vars rytmer härrör från interna ljudvågor och ger öppningsackorden för en symfonisk utforskning av vårt galaktiska område.

Sedan lanseringen 2018, TESS har främst jagat efter exoplaneter – världar bortom vårt solsystem. Men dess känsliga mätningar av förändrad stjärnljusstyrka gör teleskopet idealiskt för att observera stjärnsvängningar eller material i stjärnornas inre struktur. Det är ett forskningsområde som kallas asteroseismologi.

"Vårt första resultat, använder bara en månads stjärnmätningar från TESS första två år, visar att vi kan bestämma massorna och storlekarna på dessa oscillerande jättar med hög precision som bara kommer att förbättras när TESS fortsätter, sa Marc Hon, en NASA Hubble Fellow vid IfA. "Vad som verkligen saknar motstycke är att TESS breda täckning tillåter oss att göra dessa mätningar enhetligt över nästan hela himlen."

Denna stora mängd oscillerande röda jättar kommer att användas för oöverträffade detaljerade studier med de markbaserade teleskopen på Maunakea.

"Vi har redan påbörjat uppföljningsobservationer av några av de mest spännande konstigheterna vi har upptäckt i vår stora TESS-datauppsättning, som kommer att berätta mer om deras ursprung, ", sa Hon. "Vi har precis skrapat på ytan av skattkammaren av data som TESS har aktiverat."

Hon presenterade forskningen på onsdagen under TESS Science Conference, ett evenemang som hålls virtuellt, 2–6 augusti och med stöd av Massachusetts Institute of Technology i Cambridge, där forskare diskuterar de senaste resultaten av uppdraget. Han är huvudförfattare till studien som accepteras för publicering i Astrofysisk tidskrift , med medförfattare inklusive IfA-kollegor Jamie Tayar och Daniel Huber.

Bredda möjligheter

Oscillationer i solen observerades första gången på 1960-talet. Men solliknande svängningar i tusentals stjärnor upptäcktes inte förrän den franskledda konvektionen, Rotation och Planetary Transits rymdteleskop, som fungerade från 2006 till 2013. NASA:s Kepler- och K2-uppdrag, som undersökte från 2009 till 2018, hittade tiotusentals oscillerande jättar. TESS utökar tillgången till dessa svängningar genom sina observationer i rymden.

"Med ett så här stort urval, jättar som kan förekomma bara en procent av tiden blir ganska många, sa Tayar, en Hubble-postdoktor vid IfA. "Nu kan vi börja fundera på att hitta ännu sällsynta stjärnor."

TESS övervakar stora delar av himlen i ungefär en månad åt gången med sina fyra kameror, täcker cirka 75 % av himlen under sitt tvååriga primära uppdrag. Varje kamera tar en hel bild 24 gånger 24 grader (48 gånger storleken på månen på vår himmel) över, var 30:e minut. Sedan sensommaren 2020, kamerorna har samlat in dessa bilder i en ännu snabbare takt.

Bilderna används för att generera ljuskurvor – grafer över förändrad ljusstyrka – för nästan 24 miljoner stjärnor, var och en sträcker sig över 27 dagar, hur lång tid TESS stirrar på en del av himlen. För att sålla igenom denna enorma ansamling av mått, Hon och hans kollegor lärde en dator hur man känner igen pulserande jättar. Teamet använde maskininlärning, en form av artificiell intelligens som tränar datorer att fatta beslut baserat på allmänna mönster utan att explicit programmera dem.

För att träna systemet, teamet använde Kepler ljuskurvor i mer än 150, 000 stjärnor, varav cirka 20, 000 var oscillerande röda jättar. När det neurala nätverket avslutat bearbetningen av alla TESS-data, den hade identifierat 158, 505 pulserande jättar.

Teamet bestämde färger och avstånd för varje jätte med hjälp av data från Europeiska rymdorganisationens Gaia-uppdrag, och ritade massorna av dessa stjärnor över himlen. En grundläggande förutsägelse inom galaktisk astronomi är att yngre, stjärnor med högre massa borde ligga närmare galaxens plan, märkt av den höga tätheten av stjärnor som skapar Vintergatans glöd på natthimlen.

"Vår karta visar för första gången att detta verkligen är fallet över nästan hela himlen, " sa Huber. "Med hjälp av Gaia, TESS har nu gett oss biljetter till en röd jättekonsert i himlen."