Hogyan mérjünk meg 300 millió fényévet?

1048

A csillagászati távolságmérésben alapvető szerepet játszanak az ún. pulzáló változócsillagok, melyek különböző időskálákon, akár 10-20%-os arányban változtatják méretüket és felszíni hőmérsékletüket. A pulzáció létrejöttének oka, hogy egy enyhén összehúzódott csillag anyagán a belülről jövő sugárzás nem tud áthatolni, elnyelődik. Ez melegíti a csillag anyagának külső részeit, melyek tágulásba kezdenek – az eredmény az lesz, hogy a ritkább anyagon a sugárzás már át tud hatolni, így a hőmérséklet növekedése leáll. A tágulás megszűnik, majd összehúzódás következik, ami addig tart, míg a csillag belsejéből jövő sugárzás újra melegíteni nem kezdi a külső részeket. A folyamat ciklikus, a csillagászati szakirodalomban pedig kappa-mechanizmusként szokás említeni (a fényelnyelést jellemző opacitás kappa jeléről).

A pulzáló változócsillagok egyik legfontosabb családját a cefeidák alkotják. Ezek min. 4-5 naptömegű, sárga szuperóriás csillagok, melyek életük egy szakaszában a fentebb vázolt pulzációs körfolyamaton mennek keresztül. Átlagos fényváltozási periódusuk néhány naptól néhány hétig terjed, mértéke 0,5-1,7 magnitúdó közé esik. Hírnevüket elsősorban egy fiatal csillagászhölgynek, Ms. Henrietta Leavitt-nek köszönhetik, aki mintegy száz évvel ezelőtt ismerte fel az ezekre a csillagokra jellemző periódus-fényesség relációt. Eszerint a cefeidák luminozitása és pulzációs periódusa között egyenes arányosság áll fenn, a fényesebb csillagok hosszabb periódussal pulzálnak (azóta más típusú pulzáló változókra is sikerült kimutatni hasonló relációkat). Az összefüggés alapján a periódusidő mérésével kiszámítható a csillag abszolút fényessége, így a látszó fényesség ismeretében megbecsülhetővé válik az objektum távolsága.

Bár a cefeidák mérföldkőnek számítanak a Tejútrendszeren belüli, ill. azon túli távolságok meghatározásában, van néhány korlátozó tényező. Elsősorban azt kell megemlíteni, hogy bár a cefeidák fényes csillagok, mégsem kiemelkedően fényesek. Így egyrészt csak a kb. 100 millió fényévnél közelebbi galaxisok esetén alkalmazhatóak távolságmérésre, másrészt nem mindig könnyű feladat elkülöníteni ezeket a változókat a galaxisok zsúfolt csillagmezőiről készített felvételeken.

K. Stanek, J. Bird és J. Prieto (Ohio State University, USA) a cefeidák egy különleges, ún. ultrahosszú periódusú (Ultra Long Period, ULP) alosztályába tartozó objektumokat vizsgált meg abból a szempontból, hogy túlszárnyalható-e segítségükkel a bűvös 100 millió fényéves távolságbecslési határ. Az ULP cefeidákat a csillagászati szakirodalom több szempontból is speciálisnak tartja. Pulzációs periódusidejük kb. 80 és 180 nap közé esik, fejlődésük valószínűleg eltér a klasszikus cefeidákétól (az elméletek szerint nem változtatják periodikusan a hőmérsékletüket, hanem folyamatosan hűlnek). Már az eredeti periódus-fényesség diagramokon is jól elkülöníthető csoportot alkottak, mivel a normál cefeidákra érvényes illesztésekből kilógtak – így sokáig nem is szenteltek nekik különösebb figyelmet.

A Kis Magellán-felhő (SMC) a Hubble Űrtávcső felvételén – a 18 vizsgált ULP cefeida közül három ebben a galaxisban van (NASA, ESA, A. Nota)

Az amerikai kutatók azonban 18 ismert, közeli galaxisokban lévő ULP cefeida adatainak elemzése révén arra jutottak, hogy ez az alosztály különösen alkalmas lehet extragalaktikus távolságok meghatározására. A vizsgált objektumokra sikerült egy új periódus-fényesség illesztést végezni, melynek távolságmérésre vetített hibája átlagosan 10-20 százalék – azaz nem több, mint a klasszikus cefeidákra vagy pl. az Ia-típusú szupernóvákra épülő távolságbecslési eljárások esetében. Ráadásul az ULP cefeidák kiemelkedően nagy tömegű (kb. 12-20 naptömeg közé eső) és fényességű csillagok, melyeket könnyebb megtalálni sűrű csillagmezők esetében is, segítségükkel pedig a távolságmérési határ 300 millió fényévig (vagy akár ennél messzebb) is kiterjedhet.

Stanek és kollégái tanulmánya azt a nézetet is megdöntheti, miszerint az ULP és a normál cefeidák evolúciója teljesen eltérő. A szerzők a Kis Magellán-felhőben lévő HV829 jelű objektum elemzése során arra jutottak, hogy pulzációs periódusideje az utóbbi évtizedek alatt 87,6 napról 84,4 napra csökkent – a pulzációs időskála csökkenése egyben méretcsökkenést, azaz a hőmérséklet emelkedését jelenti, ami ellentmond az előbbiekben bemutatott, régebbi nézeteknek. A három csillagász jelenleg azon dolgozik, hogy az Arizonában lévő, két 8,4 méteres távcsőből álló Large Binocular Telescope (LBT) segítségével további ULP cefeidákat találjanak távolabbi galaxisokban, tovább pontosítva, valamint alkalmazva a feltárt távolságmérési eljárást.

A Large Binocular Telescope hatalmas, 8,4 méter átmérőjű "szemei" jelenleg új cefeidák után (is) kutatnak (University of Arizona)

Az ohio-i kutatók eredményei az Astrophysical Journal c. szakfolyóirat áprilisi számában jelentek meg, valamint elhangzottak az Amerikai Csillagászati Társaság júniusi pasadenai ülésén is.

Forrás: AstronomyNow.com, 2009.06.09.

Kapcsolódó cikkünk:

Hozzászólás

hozzászólás