美国国家航空航天局的罗马望远镜将如何测量恒星的年龄 _美国

据美国宇航局（克里斯汀·普利亚姆）：猜测你的年龄可能是一个流行的狂欢游戏，但对天文学家来说，确定恒星的年龄是一个真正的挑战。一旦像我们的太阳这样的恒星稳定地进行核聚变，或者进入其生命的成熟阶段，它在数十亿年内几乎没有变化。这条规则的一个例外是恒星的自转周期——自转的速度。美国国家航空航天局的Nancy Grace Roman太空望远镜通过测量数十万颗恒星的自转周期，有望在2027年5月发射后，对我们银河系的恒星种群有新的了解。
星星生来就旋转得很快。然而，太阳质量或更小的恒星将在数十亿年内逐渐减速。这种减速是由被称为恒星风的带电粒子流和恒星自身磁场之间的相互作用引起的。这种相互作用消除了角动量，导致恒星旋转得更慢，就像滑冰运动员伸展手臂时会减速一样。
这种效应被称为磁制动，取决于恒星磁场的强度。自转速度更快的恒星具有更强的磁?。饣岬贾滤歉斓丶跛?。由于这些磁场的影响，大约10亿年后，质量和年龄相同的恒星将以相同的速度自转。因此，如果你知道一颗恒星的质量和自转速度，你就有可能估计它的年龄。通过了解大量恒星的年龄，我们可以研究我们的星系是如何随着时间的推移而形成和演化的。
测量恒星旋转
天文学家如何测量遥远恒星的自转速度？他们寻找恒星亮度因星点而发生的变化。星斑，就像太阳上的太阳黑子一样，是恒星表面较冷、较暗的斑块。当一个星点在视野中时，该恒星将比该星点位于恒星的另一侧时略暗。

这张我们太阳的照片拍摄于2012年8月，由美国国家航空航天局的太阳动力学天文台拍摄。它显示了许多太阳黑子。其他恒星也会经历星斑，这会导致恒星观察到的亮度随着星斑的旋转而变化。通过测量这些亮度的变化，天文学家可以推断出恒星的自转周期。美国国家航空航天局的Nancy Grace Roman太空望远镜将收集位于银河系中心方向的数十万颗恒星的亮度测量结果，从而获得它们自转速率的信息。来源：美国国家航空航天局
如果一颗恒星上有一个很大的斑点，当斑点在视野内外旋转时，它会经历一种规则的变暗和变亮模式。（这种变暗可以与凌日系外行星引起的类似影响区分开来。）但一颗恒星在任何时候都可能有几十个斑点散布在其表面，而且这些斑点会随着时间的推移而变化，这使得从恒星旋转中提取出变暗的周期性信号变得更加困难。
应用人工智能
佛罗里达大学的一个天文学家团队正在开发新技术，通过美国国家航空航天局Nancy Grace Roman太空望远镜项目资助的一个项目，从恒星亮度随时间的测量中提取旋转周期。
他们正在使用一种称为卷积神经网络的人工智能来分析光线曲线，或恒星亮度随时间的变化图。要做到这一点，神经网络首先必须在模拟的光线曲线上进行训练。佛罗里达大学博士后助理Zachary Claytor是该项目的科学首席研究员，他编写了一个名为“buttopy”的程序来生成这样的光曲线。

一颗恒星在任何时候都可能有几十个斑点散布在其表面，导致不规则的亮度波动，这使得很难梳理出由于恒星旋转而导致的周期性变暗信号。这张来自buttopy程序的数据图显示了模拟恒星的观测亮度在单个旋转周期内是如何变化的。美国国家航空航天局的罗马太空望远镜将能够测量数十万颗恒星的光曲线，从而测量它们的自转速率，为我们银河系中的恒星种群带来新的见解。资料来源：美国国家航空航天局，拉尔夫·克劳福德（STScI）
克莱托解释道：“该程序允许用户设置许多变量，如恒星的自转速率、斑点数量和斑点寿命。然后，它将计算恒星自转时斑点如何出现、演化和衰减，并将斑点演化转换为光曲线——我们将从远处测量。” 。
该团队已经将他们训练过的神经网络应用于美国国家航空航天局的TESS（凌日外行星探测卫星）的数据。系统效应使准确测量较长的恒星自转周期变得更具挑战性，然而该团队经过训练的神经网络能够使用TESS数据准确测量这些较长的自转周期。
罗曼的巡星
即将到来的罗马太空望远镜将通过其银河膨胀时域调查收集数亿颗恒星的数据，这是其将进行的三项核心社区调查之一。罗曼将观察我们银河系的中心——一个挤满恒星的区域——以测量这些恒星中有多少恒星的亮度随着时间的推移而变化。这些测量将使多项科学研究成为可能，从寻找遥远的系外行星到确定恒星的自转速率。
天文界仍在制定具体的勘测设计。美国国家航空航天局资助的恒星自转研究有望为潜在的调查策略提供信息。
佛罗里达大学天文学助理教授、该项目的首席研究员Jamie Tayar说：“我们可以根据不同的调查策略，测试哪些东西很重要，以及我们可以从罗马数据中提取什么。因此，当我们真正获得数据时，我们已经有了一个计划。” 。
她补充道：“我们已经有了很多工具，我们认为它们可以适应Roman 。” 。
Nancy Grace Roman太空望远镜由位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心管理，南加州的NASA喷气推进实验室和加州理工学院/IPAC、巴尔的摩的太空望远镜科学研究所以及由多个研究机构的科学家组成的科学团队参与其中。主要的工业合作伙伴是位于科罗拉多州博尔德的BAE系统股份有限公司；佛罗里达州墨尔本的L3Harris Technologies；以及加利福尼亚州千橡园的Teledyne Scientific&Imaging 。