Brug af en sjælden type af gigantiske Cepheid-variable stjerner som kosmiske milemarkere har astronomer fundet en måde at måle afstande til objekter tre gange længere væk i rummet end tidligere muligt. Men astronomer har fundet en måde at bruge “ultra lang periode” (ULP) Cepheid-variabler som fyrtårn til at måle afstande op til 300 millioner lysår og derover.
Klassiske cepheider er lyse, men ud over 100 millioner lysår fra Jorden går deres signal tabt blandt andre lyse stjerner, sagde Jonathan Bird, doktorand i astronomi i Ohio State, som drøftede hans fund på American Astronomical Society-konferencen mandag.
Men ULP'er er en sjælden og ekstra lys klasse af Cepheid, der pulser meget langsomt.
Astronomer har også længe troet, at ULP-cepheider ikke udvikler sig på samme måde som andre cepheider. I denne undersøgelse fandt astronomer imidlertid det første bevis på, at en ULP-cepheid udviklede sig på samme måde som en klassisk Cepheid ..
Der er flere metoder til beregning af afstanden til stjerner, og astronomer er ofte nødt til at kombinere metoder til indirekte at måle en afstand. Den sædvanlige analogi er en stige, med hver nye metode en højere ring over en anden. Ved hver nye trin på den kosmiske afstandstige tilføjes fejlene, hvilket reducerer nøjagtigheden af den samlede måling. Så enhver enkelt metode, der kan springe stigen rundt, er et værdsat værktøj til at undersøge universet.
Krzysztof Stanek, professor i astronomi ved Ohio State, anvendte en direkte målingsteknik i 2006, da han brugte lyset, der kom ud fra et binært stjernesystem i galaksen M33 for at måle afstanden til den galakse for første gang. M33 er 3 millioner lysår fra Jorden.
Denne nye teknik ved hjælp af ULP-cepheider er forskellig. Det er en indirekte metode, men denne indledende undersøgelse antyder, at metoden ville fungere for galakser, der er langt længere væk end M33.
”Vi fandt, at ultra lange periodes cepheider var en potentielt kraftfuld afstandsindikator. Vi tror, de kunne levere de første direkte stjernemålinger til galakser i området 50-100 megaparsek (150 millioner - 326 millioner lysår) og langt ud over det, ”sagde Stanek.
Fordi forskere generelt ikke noterer sig ultra lang tids cepheid, er der få af dem i den astronomiske fortegnelse. I denne undersøgelse afslørede Stanek, Bird og Ohio State doktorand Jose Prieto 18 ULP-cepheider fra litteraturen.
Hver var placeret i en nærliggende galakse, såsom den lille magellanske sky. Afstanderne til disse nærliggende galakser er velkendte, så astronomerne brugte denne viden til at kalibrere afstanden til ULP-cepheider.
De fandt, at de kunne bruge ULP-cepheider til at bestemme afstand med en fejl på 10-20 procent - en hastighed, der er typisk for andre metoder, der udgør den kosmiske afstandstige.
”Vi håber at reducere denne fejl, når flere mennesker noterer sig ULP-cepheider i deres stjernemæssige undersøgelser,” sagde Bird. "Det, vi har vist indtil videre, er, at metoden fungerer principielt, og at resultaterne er opmuntrende."
Bird forklarede, hvorfor astronomer har ignoreret ULP-cepheider i fortiden.
Cepheider med kort periode, dem, der lyses og dæmpes med få dage, skaber gode afstandsmarkører i rummet, fordi deres periode er direkte relateret til deres lysstyrke - og astronomer kan bruge denne lysstyrkeinformation til at beregne afstanden. Polaris, North Star, er en velkendt og klassisk cepheid.
Men astronomer har altid troet, at ULP-cepheider, som lyser og dæmpes i løbet af et par måneder eller længere, ikke overholder dette forhold. De er større og lysere end den typiske cepheid. Faktisk er de større og lysere end de fleste stjerner; i denne undersøgelse for eksempel varierede de 18 ULP-cepheider i størrelse fra 12-20 gange massen af vores sol.
Lysstyrken gør dem til gode afstandsmærker, sagde Stanek. Typiske cepheider er sværere at få øje på i fjerne galakser, da deres lys blandes sammen med andre stjerner. ULP-cepheider er lyse nok til at skille sig ud.
Astronomer har også længe mistænkt, at ULP-cepheider ikke udvikler sig på samme måde som andre cepheider. I denne undersøgelse fandt imidlertid Ohio State-teamet det første bevis på, at en ULP-cepheid udviklede sig, som en mere klassisk cepheid gør.
En klassisk cepheid vil blive varmere og køligere mange gange i løbet af sin levetid. Midt imellem bliver de ydre lag af stjernen ustabile, hvilket medfører ændringer i lysstyrken. ULP-cepheider menes kun at gå gennem denne periode med ustabilitet og kun gå i en retning - fra varmere til køligere.
Men da astronomerne samlet data fra forskellige dele af litteraturen til denne undersøgelse, opdagede de, at en af ULP-cepheiderne - en stjerne i Small Magellanic Cloud kaldet HV829 - tydeligvis bevæger sig i den modsatte retning.
For fyrre år siden pulserede HV829 hver 87,6 dage. Nu pulserer den hver 84,4 dag. To andre målinger, der findes i litteraturen, bekræfter, at perioden er steget støt i årtier imellem, hvilket indikerer, at stjernen i sig selv krymper og bliver varmere.
Astronomerne konkluderede, at ULP-cepheider måske kan hjælpe astronomer ikke kun med at måle universet, men også lære mere om, hvordan meget massive stjerner udvikler sig.
Nogle af disse resultater blev rapporteret i Astrophysical Journal i april 2009. Siden dette papir blev skrevet, har Ohio State-astronomer begyndt at bruge det store binokulære teleskop i Tucson, Arizona for at se efter flere ULP-cepheider. Stanek siger, at de har fundet et par gode kandidater i galaksen M81, men disse resultater er endnu ikke bekræftet.
Kilder: AAS, Ohio State University
