Observerede felter i NGC 300. Billedkredit: ESO Klik for større billede
Cepheid-pulserende stjerner er blevet brugt som afstandsindikatorer siden den tidlige opdagelse af Henrietta Leavitt for næsten hundrede år siden. Fra hendes fotografiske data angående en af Mælkevejens nabogalakser, Lille Magellanisk Sky, fandt hun, at disse stjerners lysstyrke tæt korrelerer med deres pulsationsperioder.
Denne periode-lysstyrke-relation, når den først er kalibreret, tillader en nøjagtig afstandsbestemmelse af en galakse, når Cepheids er blevet opdaget i den, og deres perioder og gennemsnitlige størrelser er blevet målt.
Mens Cepheid-metoden ikke når langt nok i universet til direkte at bestemme kosmologiske parametre som Hubble-konstanten, har Cepheid-afstande til relativt nærliggende opløste galakser lagt grundlaget for sådan arbejde tidligere, som i Hubble Space Telescope Key Project på den ekstragalaktiske afstandsskala. Cepheider er faktisk et af de første trin i den kosmiske afstandsstige.
Det aktuelle hovedproblem med Cepheid-metoden er, at dens afhængighed af en galakas metallicitet, dvs. dens indhold i elementer, der er mere tungt end brint og helium, aldrig er blevet målt nøjagtigt indtil videre. En anden spændende vanskelighed med metoden er det faktum, at den totale absorption af Cepheids lys på vej mod Jorden, og især mængden af absorption inden i Cepheids vært galakse, skal fastlægges nøjagtigt for at undgå betydelige fejl i bestemmelsen af afstanden.
For at tackle dette problem udarbejdede Wolfgang Gieren (University of Concepcion, Chile) og hans team et stort program ved ESO: Araucaria-projektet. Dets mål er at opnå afstande til relativt nærliggende galakser med en præcision, der er bedre end 5 procent.
En af de vigtigste galakser i holdets Araucaria-projekt er den smukke, nær ansigtede galakse NGC 300 i Sculptor Group. I en videforetagende undersøgelse, der blev udført ved ESO / MPG, 2,2 m-teleskopet på La Silla i 1999-2000, havde teamet opdaget mere end hundrede Cepheid-variabler, der spænder over et bredt interval i pulsationsperioden. Billeder af galaksen og nogle af dens Cepheider fra disse data blev frigivet i ESO Press Photos 18a-h i 2002. Sidste år præsenterede holdet afstanden til NGC 300 som afledt af disse optiske billeder i V- og I-bånd.
Holdet supplerede dette unikke datasæt med nye data taget med ISAAC nærinfrarøde kamera og spektrometer på ESOs 8,2 m VLT Antu-teleskop.
”Der er tre væsentlige fordele ved Cepheid-distancearbejdet, når der bruges billeder, der er opnået gennem næsten infrarøde passbånd i stedet for optiske data,” siger Wolfgang Gieren. Den vigtigste gevinst er det faktum, at absorptionen af stjernelys i den næsten infrarøde, og især i K-båndet, reduceres dramatisk sammenlignet med den virkning, som det interstellære stof har på synlige bølgelængder. En anden fordel er, at Cepheid-lyskurver i den infrarøde har mindre amplituder og er meget mere symmetriske end deres optiske modstykker, hvilket gør det muligt at måle en Cepheids gennemsnitlige K-båndlysstyrke lige fra meget få, og i princippet fra kun en observation ved kendt pulsationsfase. I modsætning hertil kræver optisk arbejde observation af fulde lyskurver for at bestemme nøjagtige middelstørrelser. Den tredje grundlæggende fordel i den infrarøde er en reduceret følsomhed af perioden-lysstyrke i forhold til metallicitet og blanding med andre stjerner i de overfyldte felter i en fjern galakse.
I betragtning af dette har et af hovedformålene med holdets store program været at foretage næsten-infrarød opfølgningsobservationer af Cepheids i deres projekts målgalakser, som tidligere er blevet opdaget i optiske videfeltundersøgelser.
Dybe billeder i J- og K-båndene af tre felter i NGC 300 indeholdende 16 Cepheider blev taget med VLT / ISAAC i 2003.
”Den høje kvalitet af dataene muliggjorde en meget nøjagtig måling af de gennemsnitlige J- og K- størrelser af Cepheids fra kun 2 observationer af hver stjerne opnået på forskellige tidspunkter”, siger Grzegorz Pietrzynski, et andet medlem af teamet, også fra Concepcion .
Ved hjælp af disse bemærkelsesværdige data blev periodelysitetsforholdene konstrueret. ”De er de mest nøjagtige infrarøde PL-forbindelser, der nogensinde er opnået til en Cepheid-prøve i en galakse uden for de magellanske skyer”, understreger Wolfgang Gieren.
Den totale absorption af lys ("rødmning") af Cepheiderne i NGC 300 blev opnået ved at kombinere værdierne for afstanden af galaksen opnået i de forskellige optiske og næsten infrarøde bånd, hvor NGC 300 blev observeret. Dette førte til opdagelsen af, at der er et meget betydningsfuldt bidrag til den totale rødme fra absorption iboende til NGC 300. Denne iboende absorption har en vigtig effekt på bestemmelsen af afstanden, men var ikke blevet taget i betragtning tidligere.
Holdet var i stand til at måle afstanden til NGC 300 med den hidtil uset samlede usikkerhed på kun ca. 3 procent. Astronomerne fandt, at NGC 300 ligger 6,13 millioner lysår væk.
Original kilde: ESO News Release
