ΤΙ ΕΊΝΑΙ ΟΙ ΜΕΤΑΒΛΗΤΈΣ CEPHEID;

Send

Το Σύμπαν είναι ένα πολύ μεγάλο μέρος. Μιλάμε ... απίστευτα μεγάλο! Στην πραγματικότητα, με βάση παρατηρήσεις αξίας δεκαετιών, οι αστρονόμοι πιστεύουν τώρα ότι το παρατηρήσιμο Σύμπαν μετρά περίπου 46 δισεκατομμύρια έτη φωτός. Η λέξη κλειδί είναι αισθητός, γιατί όταν λάβετε υπόψη αυτό που δεν μπορούμε να δούμε, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι είναι στην πραγματικότητα περισσότερο από 92 δισεκατομμύρια έτη φωτός.

Το πιο δύσκολο μέρος σε όλα αυτά είναι η ακριβής μέτρηση των αποστάσεων. Αλλά από τη γέννηση της σύγχρονης αστρονομίας, εξελίχθηκαν όλο και πιο ακριβείς μέθοδοι. Εκτός από την κόκκινη μετατόπιση και την εξέταση του φωτός που προέρχεται από μακρινά αστέρια και γαλαξίες, οι αστρονόμοι βασίζονται επίσης σε μια κατηγορία αστεριών γνωστών ως Cepheid Variables (CV) για να προσδιορίσουν την απόσταση των αντικειμένων μέσα και πέρα από τον Γαλαξία μας.

Ορισμός:

Τα μεταβλητά αστέρια είναι ουσιαστικά αστέρια που παρουσιάζουν διακυμάνσεις στη φωτεινότητά τους (γνωστή και ως απόλυτη φωτεινότητα). Οι μεταβλητές Cepheids είναι ένας ειδικός τύπος μεταβλητού αστεριού στο ότι είναι ζεστοί και μαζικοί - πέντε έως είκοσι φορές μεγαλύτερη μάζα από τον Ήλιο μας - και είναι γνωστοί για την τάση τους να παλμούν ακτινωτά και ποικίλλουν τόσο στη διάμετρο όσο και στη θερμοκρασία.

Επιπλέον, αυτοί οι παλμοί σχετίζονται άμεσα με την απόλυτη φωτεινότητά τους, η οποία εμφανίζεται σε καλά καθορισμένες και προβλέψιμες χρονικές περιόδους (που κυμαίνονται από 1 έως 100 ημέρες). Όταν σχεδιάζεται ως σχέση μεγέθους έναντι περιόδου, το σχήμα της καμπύλης φωτεινότητας του Cephiad μοιάζει με αυτό του «πτερυγίου καρχαρία» - κάντε την ξαφνική άνοδο και την κορυφή του, ακολουθούμενη από μια σταθερότερη πτώση.

Το όνομα προέρχεται από το Delta Cephei, ένα μεταβλητό αστέρι στον αστερισμό Cepheus που ήταν το πρώτο βιογραφικό που αναγνωρίστηκε. Η ανάλυση του φάσματος αυτού του αστεριού υποδηλώνει ότι τα βιογραφικά σημειώνονται επίσης σε αλλαγές θερμοκρασίας (μεταξύ 5500 - 66oo K) και διαμέτρου (~ 15%) κατά τη διάρκεια μιας περιόδου παλμών.

Χρήση στην Αστρονομία:

Η σχέση μεταξύ της περιόδου μεταβλητότητας και της φωτεινότητας των αστεριών βιογραφικού σημείου τα καθιστά πολύ χρήσιμα στον προσδιορισμό της απόστασης των αντικειμένων στο Σύμπαν μας. Μόλις μετρηθεί η περίοδος, η φωτεινότητα μπορεί να προσδιοριστεί, αποδίδοντας έτσι ακριβείς εκτιμήσεις της απόστασης του αστεριού χρησιμοποιώντας εξίσωση συντελεστή απόστασης.

Αυτή η εξίσωση δηλώνει ότι: Μ – Μ = 5 ημερολόγιο ρε - 5 - πού Μ είναι το φαινόμενο μέγεθος του αντικειμένου, Μ είναι το απόλυτο μέγεθος του αντικειμένου, και ρε είναι η απόσταση από το αντικείμενο σε parsecs. Οι μεταβλητές του Cepheid μπορούν να φανούν και να μετρηθούν σε απόσταση περίπου 20 εκατομμυρίων ετών φωτός, σε σύγκριση με μια μέγιστη απόσταση περίπου 65 ετών φωτός για μετρήσεις παράλλαξης με βάση τη Γη και μόλις πάνω από 326 έτη φωτός για την αποστολή Hipparcos της ESA.

Επειδή είναι φωτεινά, και μπορούν να δουν σαφώς εκατομμύρια έτη φωτός μακριά, μπορούν να διακριθούν εύκολα από άλλα φωτεινά αστέρια στην περιοχή τους. Σε συνδυασμό με τη σχέση μεταξύ της μεταβλητότητάς τους και της φωτεινότητάς τους, αυτό τους καθιστά εξαιρετικά χρήσιμα εργαλεία για την εξαγωγή του μεγέθους και της κλίμακας του Σύμπαντός μας.

Μαθήματα:

Οι μεταβλητές Cepheid χωρίζονται σε δύο υποκατηγορίες - Classical Cepheids και Type II Cepheids - με βάση τις διαφορές στις μάζες, τις ηλικίες και τα εξελικτικά ιστορικά τους. Τα κλασικά Cepheids είναι μεταβλητά αστέρια Population I (πλούσια σε μέταλλα) που είναι 4-20 φορές πιο ογκώδη από τον Ήλιο και έως και 100.000 φορές πιο φωτεινά. Υποβάλλονται σε παλμούς με πολύ τακτικές περιόδους με σειρά ημερών έως μηνών.

Αυτά τα Cepheids είναι συνήθως κίτρινοι φωτεινοί γίγαντες και υπερενεργάτες (φασματική κατηγορία F6 - K2) και αντιμετωπίζουν αλλαγές ακτίνας στα εκατομμύρια χιλιόμετρα κατά τη διάρκεια ενός κύκλου παλμών. Τα κλασικά Cepheids χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό των αποστάσεων προς τους γαλαξίες εντός της Τοπικής Ομάδας και πέραν αυτής, και είναι ένα μέσο με το οποίο μπορεί να δημιουργηθεί η Σταθερή Hubble (βλ. Παρακάτω).

Τα Cepheids τύπου II είναι μεταβλητά αστέρια του πληθυσμού II (φτωχά σε μέταλλα) που παλμούν με περιόδους τυπικά μεταξύ 1 και 50 ημερών. Τα Cepheids τύπου II είναι επίσης παλαιότερα αστέρια (~ 10 δισεκατομμύρια χρόνια) που έχουν περίπου το ήμισυ της μάζας του Ήλιου μας.

Τα Cepheids τύπου II υποδιαιρούνται επίσης με βάση την περίοδο τους στις υποκατηγορίες BL Her, W Virginis και RV Tauri (που ονομάστηκαν μετά από συγκεκριμένα παραδείγματα) - που έχουν περιόδους 1-4 ημερών, 10-20 ημερών και περισσότερες από 20 ημέρες, αντίστοιχα . Τα Cepheids τύπου II χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της απόστασης από το Γαλαξιακό Κέντρο, τα σφαιρικά σμήνη και τους γειτονικούς γαλαξίες.

Υπάρχουν επίσης εκείνες που δεν εντάσσονται σε καμία από τις δύο κατηγορίες, οι οποίες είναι γνωστές ως Anomalous Cepheids. Αυτές οι μεταβλητές έχουν περιόδους μικρότερες των 2 ημερών (παρόμοιες με τις RR Lyrae) αλλά έχουν υψηλότερες φωτεινότητες. Έχουν επίσης υψηλότερες μάζες από τον Τύπο II Cepheids και έχουν άγνωστες ηλικίες.

Ένα μικρό ποσοστό των μεταβλητών Cepheid έχει επίσης παρατηρηθεί που παλμώνται σε δύο τρόπους ταυτόχρονα, εξ ου και το όνομα Double-mode Cepheids. Ένας πολύ μικρός αριθμός παλμών σε τρεις λειτουργίες ή έναν ασυνήθιστο συνδυασμό λειτουργιών.

Ιστορία παρατήρησης:

Η πρώτη μεταβλητή Cepheid που ανακαλύφθηκε ήταν η Eta Aquilae, η οποία παρατηρήθηκε στις 10 Σεπτεμβρίου 1784 από τον Άγγλο αστρονόμο Edward Pigott. Η Delta Cephei, για την οποία ονομάζεται αυτή η κατηγορία αστεριών, ανακαλύφθηκε λίγους μήνες αργότερα από τον ερασιτέχνη Άγγλο αστρονόμο John Goodricke.

Το 1908, κατά τη διάρκεια μιας έρευνας για μεταβλητά αστέρια στο Magellanic Clouds, ο Αμερικανός αστρονόμος Henrietta Swan Leavitt ανακάλυψε τη σχέση μεταξύ της περιόδου και της φωτεινότητας των Classical Cepheids. Αφού κατέγραψε τις περιόδους των 25 διαφορετικών αστεριών μεταβλητών, δημοσίευσε τα ευρήματά της το 1912.

Τα επόμενα χρόνια, αρκετοί περισσότεροι αστρονόμοι θα έκαναν έρευνα για το Cepheids. Μέχρι το 1925, ο Edwin Hubble μπόρεσε να προσδιορίσει την απόσταση μεταξύ του Γαλαξία και του Γαλαξία Andromeda με βάση τις μεταβλητές Cepheid εντός του τελευταίου. Αυτά τα ευρήματα ήταν καθοριστικής σημασίας, καθώς εγκατέστησαν τη Μεγάλη Συζήτηση, όπου οι αστρονόμοι προσπάθησαν να εξακριβώσουν εάν ο Γαλαξίας μας ήταν μοναδικός ή ένας από τους πολλούς γαλαξίες στο Σύμπαν.

Μετρώντας την απόσταση μεταξύ του Γαλαξία και πολλών άλλων γαλαξιών και συνδυάζοντάς τον με τις μετρήσεις της Vesto Slipher για την ερυθρή τους αλλαγή, οι Hubble και Milton L. Humason μπόρεσαν να διαμορφώσουν τον Νόμο του Χαμπλ. Εν ολίγοις, μπόρεσαν να αποδείξουν ότι το Σύμπαν βρίσκεται σε κατάσταση επέκτασης, κάτι που είχε προταθεί χρόνια πριν.

Περαιτέρω εξελίξεις κατά τη διάρκεια του 20ου αιώνα περιελάμβαναν τη διάσπαση των Cepheids σε διαφορετικές τάξεις, οι οποίες βοήθησαν στην επίλυση ζητημάτων στον προσδιορισμό αστρονομικών αποστάσεων. Αυτό έγινε σε μεγάλο βαθμό από τον Walter Baade, ο οποίος τη δεκαετία του 1940 αναγνώρισε τη διαφορά μεταξύ των κλασικών και τύπου II Cepheids με βάση το μέγεθος, την ηλικία και τη φωτεινότητα τους.

Περιορισμοί:

Παρά την αξία τους στον προσδιορισμό αστρονομικών αποστάσεων, υπάρχουν ορισμένοι περιορισμοί με αυτήν τη μέθοδο. Το κύριο μεταξύ αυτών είναι το γεγονός ότι με το Type II Cepheids, η σχέση μεταξύ περιόδου και φωτεινότητας μπορεί να επηρεαστεί από τη χαμηλότερη μεταλλικότητά τους, τη φωτομετρική μόλυνση και την αλλαγή και άγνωστη επίδραση που έχουν το αέριο και η σκόνη στο φως που εκπέμπουν (αστρική εξαφάνιση).

Αυτά τα άλυτα ζητήματα είχαν ως αποτέλεσμα να αναφερθούν διαφορετικές τιμές για το Hubble's Constant - που κυμαίνονται μεταξύ 60 km / s ανά 1 εκατομμύριο parsecs (Mpc) και 80 km / s / Mpc. Η επίλυση αυτής της ασυμφωνίας είναι ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα στη σύγχρονη κοσμολογία, καθώς το πραγματικό μέγεθος και ο ρυθμός επέκτασης του Σύμπαντος συνδέονται.

Ωστόσο, οι βελτιώσεις στην οργάνωση και τη μεθοδολογία αυξάνουν την ακρίβεια με την οποία παρατηρούνται οι μεταβλητές Cepheid. Με τον καιρό, ελπίζουμε ότι οι παρατηρήσεις αυτών των περίεργων και μοναδικών αστεριών θα αποδώσουν πραγματικά ακριβείς τιμές, εξαλείφοντας έτσι μια βασική πηγή αμφιβολίας για την κατανόησή μας για το Σύμπαν.

Έχουμε γράψει πολλά ενδιαφέροντα άρθρα για τις μεταβλητές Cepheid εδώ στο Space Magazine. Εδώ είναι οι αστρονόμοι να βρουν νέο τρόπο μέτρησης κοσμικών αποστάσεων, οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν ελαφριά ηχώ για να μετρήσουν την απόσταση από ένα αστέρι και οι αστρονόμοι να κλείσουν με τη σκοτεινή ενέργεια με εκλεπτυσμένο σταθερό Hubble.

Το Astronomy Cast έχει ένα ενδιαφέρον επεισόδιο που εξηγεί τις διαφορές μεταξύ των αστεριών του Population I και II - Επεισόδιο 75: Stellar Populations.

Πηγές: