2009.08.06. - Nagyobb pontosságú távolságmérési eljárás

Az ún. ultrahosszú periódusú cefeidák segítségével háromszor nagyobb távolságok pontos mérésére lehet esély, mint az eddigi, változócsillagok megfigyelésén alapuló eljárásokkal.

A csillagászati távolságmérésben alapvető szerepet játszanak a pulzáló változócsillagok, melyek különböző időskálákon akár 10-20%-os arányban is változtatják méretüket és felszíni hőmérsékletüket. A pulzáció létrejöttének oka, hogy egy enyhén összehúzódott csillag anyagán a belülről kifele tartó 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 vázolt folyamat ciklikus, a csillagászati szakirodalomban pedig a fényelnyelést jellemző opacitás jeléről κ-mechanizmusként szokás említeni.

A pulzáló változócsillagok egyik legfontosabb családját az ún. cefeidák alkotják. Ezek minimum 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, illetve az 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 körülbelül 100 millió fényévnél közelebbi galaxisok esetén alkalmazhatóak távolságmérésre, másrészt nem mindig könnyű feladat elkülöníteni őket a galaxisok zsúfolt csillagmezőiről készített felvételeken.

Krzysztof Stanek, Jonathan Bird és Jose Prieto (Ohio State University) a cefeidák egy különleges, ún. ultrahosszú periódusú (Ultra Long Period, ULP) alosztályába tartozó objektumokat meg vizsgált 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 periódusuk körülbelül 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 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%, azaz nem több, mint a klasszikus cefeidákra vagy például az Ia típusú szupernóvákra épülő távolságbecslési eljárások esetében. Ráadásul az ULP cefeidák kiemelkedően nagy tömegű (körülbelül 12-20 naptömeg) és fényességű csillagok, melyeket könnyebb megtalálni sűrű csillagmezők esetében is, segítségükkel pedig a távolságmérési határ 300 millió fényévig (vagy akár ennél messzebb) is kiterjedhet.

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

Stanek és kollégái eredménye azt a nézetet is megdöntheti, miszerint az ULP és a normál cefeidák evolúciója teljesen eltérő. A kutatók a Kis Magellán-felhőben található HV829 jelű objektum elemzése során arra jutottak, hogy pulzációs periódusa az utóbbi évtizedek alatt 87,6 napról 84,4 napra csökkent. A pulzációs periódus csökkenése méretcsökkenést, azaz a hőmérséklet emelkedését is 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.

Az eredményeket részletező szakcikk az Astrophysical Journal c. folyóiratban jelent meg.

Forrás:

• Astronomy Now Online 2009.06.09.