Cefeidy: dokładniejsze mierzenie Kosmosu

Studentka opracowała sposób na jeszcze lepsze wykorzystanie Cefeid jako wyznaczników odległości we Wszechświecie.

Cefeidy to ciekawa klasa gwiazd zmiennych. Są one istotnym szczeblem w kosmicznej "drabinie odległości", wykorzystywanej przez astronomów do określenia dystansu dzielącego nas od różnych obiektów astronomicznych. Te pulsujące gwiazdy, które okresowo zmieniają swą jasność i jednocześnie fizyczny rozmiar, pozwoliły Edwinowi Hubble'owi zmierzyć odległość do Galaktyki Andromedy i jednocześnie ustalić, że nasza Droga Mleczna to po prostu jedna z wielu miliardów galaktyk w rozszerzającym się Wszechświecie.

Gwiazdy te są używane jako wskaźniki odległości kosmicznych od początku XX wieku, między innymi dzięki ciężkiej pracy Henrietty Leavitt. Teraz inna pani astronom, studentka Kate Hartman, wymyśliła jeszcze lepszą metodę wyznaczania odległości do cefeid w oparciu o dane zbierane przez instrument APOGEE (ang. Apache Point Galactic Evolution Experiment). Jej projekt, zaprezentowany podczas konferencji prasowej na 231 Spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego, dowodzi, że i współcześni astronomowie nadal muszą starać się lepiej zrozumieć zawiłości fizyki cefeid.

Kate Hartman miała spróbować wykorzystać dane optyczne z APOGEE do wyznaczenia obfitości poszczególnych pierwiastków w różnych cefeidach. Choć zadanie to może wydawać się proste, pomiary tego rodzaju są niezbędne do zapewnienia poprawnej kalibracji dla relacji jasność-okres pulsacji dla zmiennych cefeid. Zależność ta znana jest jako Prawo Leavitt. Problemy z kalibracją wpłynęłyby na mierzone za pomocą tych gwiazd i tej zależności odległości, a to w konsekwencji zwiększyłoby niepewności pomiarowe również dla innych bazujących na tej metodzie pomiarów odległości do obiektów kosmicznych.

Prawo to działa w sposób następujący: cefeidy pulsują - fizycznie zwiększają i zmniejszają swój promień - z okresem kilku godzin lub dni. Wraz z cyklem pulsacji zmieniają się właściwości gwiazdy, takie jak temperatura, pole grawitacyjne na powierzchni, czy cechy atmosfery gwiazdowej. Gwiazdy te wykazują wyraźną zależność okresu pulsacji od jasności, gdy więc mierzymy ich krzywą zmian blasku (zmienność jasności w czasie), możemy już z niej samej wydedukować informację o całkowitej jasności cefeidy. Ale to pozwala również astronomowi obliczyć odległość do niej, ponieważ dla wszystkich cefeid istnieje ścisły i uniwersalny związek pomiędzy ich okresem pulsacji i odległością.

Nasuwa się jednak pytanie o to, czy cefeidy o nieco innych składach chemicznych lub występujące w różnych środowiskach mają nieco odmienne zależności okres - jasność? Okazało się, że odpowiedzieć na nie może właśnie instrument APOGEE i zbierane przez niego dane. Jest on zoptymalizowany właśnie do badania chłodnych, starych gwiazd - olbrzymów znajdujących się w całej naszej Galaktyce.


Zdjęcie: cefeida w galaktyce Andromedy pozwoliła Edwinowi Hubble'owi na pomiar jej odległości do naszej Drogi Mlecznej.
Źródło: NASA/ESA/Hubble Heritage Team

W ten sposób APOGEE zapewnił naukowcom nie tylko odpowiednio duży katalog cefeid, ale także narzędzie do dokładnego oszacowania ich właściwości. Dzięki niemu mogli oni zbadać zarówno młode, jak i starsze części Galaktyki, i jeszcze lepiej prześledzić ich ewolucję. Sama Hartman wspomina, że jej praca polegała głównie na uważnym oglądaniu widm poszczególnych gwiazd w ich całym cyklu pulsacyjnym i pomiarze zawartości danych pierwiastków chemicznych obecnych w tych widmach. Co ciekawe, nie stwierdzono znaczących różnic w wynikach. Były one dla różnych gwiazd w dużym przybliżeniu te same.

Wniosek jest więc następujący: APOGEE dobrze sprawdza się w mierzeniu składu chemicznego cefeid, niezależnie od miejsca i czasu ich obserwacji. To dobra wiadomość, ponieważ teraz dane te mogą być łączone z innymi, nowymi przeglądami nieba, takimi jak GAIA. Pozwoli to na dalsze testowanie Prawa Leavitt i być może uzyskanie jeszcze lepszej linijki do pomiarów kosmicznych odległości, w naszej Galaktyce oraz poza nią.

 

Czytaj więcej:

Zdjęcie: jasna cefeida RS Puppis. Źródło: NASA/ESA/Hubble Heritage Team NASA, H. Bond (STScI and Penn State University)