Ved å bruke en sjelden type gigantiske Cepheid-variable stjerner som kosmiske milemarkere, har astronomer funnet en måte å måle avstander til objekter tre ganger lenger unna i verdensrommet enn tidligere mulig. Men astronomer har funnet en måte å bruke “ultra long period” (ULP) Cepheid-variabler som beacons for å måle avstander opp til 300 millioner lysår og utover.
Klassiske cepheider er lyse, men utover 100 millioner lysår fra Jorden går signalet tapt blant andre lyse stjerner, sa Jonathan Bird, doktorgradsstipendiat i astronomi i Ohio, som diskuterte funnene hans på konferansen American Astronomical Society mandag.
Men ULP-er er en sjelden og ekstra lys klasse av Cepheid, som pulserer veldig sakte.
Astronomer har også lenge trodd at ULP-cepheider ikke utvikler seg på samme måte som andre cepheider. I denne studien fant astronomene imidlertid det første beviset på at en ULP-cepheid utviklet seg på samme måte som en klassisk Cepheid ..
Det er flere metoder for å beregne avstanden til stjerner, og astronomer må ofte kombinere metoder for indirekte å måle en avstand. Den vanlige analogien er en stige, med hver nye metode høyere enn en annen. Ved hver nye runde av den kosmiske avstandsstigen, legger feilene seg opp, noe som reduserer presisjonen for den totale målingen. Så en hvilken som helst enkel metode som kan hoppe over trinnene på stigen er et verdsatt verktøy for å undersøke universet.
Krzysztof Stanek, professor i astronomi ved Ohio State, anvendte en direkte måleteknikk i 2006, da han brukte lyset som kom ut fra et binært stjernesystem i galaksen M33 for å måle avstanden til den galaksen for første gang. M33 er 3 millioner lysår fra Jorden.
Denne nye teknikken ved bruk av ULP-cepheider er forskjellig. Det er en indirekte metode, men denne første studien antyder at metoden vil fungere for galakser som er mye lenger borte enn M33.
"Vi fant at langvarige cepheider var en potensielt kraftig avstandsindikator. Vi tror de kunne gi de første direkte stjernemålingene til galakser i området 50-100 megaparsek (150 millioner - 326 millioner lysår) og langt utover det, ”sa Stanek.
Fordi forskere generelt ikke legger merke til cepheider med lang tid, er det få av dem i den astronomiske referansen. For denne studien avdekket Stanek, Bird og Ohio State doktorgradsstudent Jose Prieto 18 ULP-cepheider fra litteraturen.
Hver av dem var lokalisert i en nærliggende galakse, for eksempel Small Magellanic Cloud. Avstandene til disse nærliggende galaksene er velkjente, så astronomene brukte denne kunnskapen for å kalibrere avstanden til ULP-cepheidene.
De fant ut at de kunne bruke ULP-cepheider for å bestemme avstand med en feil på 10-20 prosent - en rate som er typisk for andre metoder som utgjør den kosmiske avstandsstigen.
"Vi håper å redusere den feilen etter hvert som flere tar oppmerksomhet til ULP-cepheider i de stjernemessige undersøkelsene," sa Bird. "Det vi har vist så langt, er at metoden fungerer i prinsippet, og resultatene er oppmuntrende."
Bird forklarte hvorfor astronomer har ignorert ULP-cepheider i det siste.
Cepheider med kort periode, de som lyser og dimmes med noen få dager, lager gode avstandsmarkører i rommet fordi deres periode er direkte relatert til lysstyrken deres - og astronomer kan bruke denne lysstyrkeinformasjonen for å beregne avstanden. Polaris, Nordstjernen, er en kjent og klassisk cepheid.
Men astronomer har alltid tenkt at ULP-cepheider, som lyser og dimmes i løpet av noen måneder eller lenger, ikke overholder dette forholdet. De er større og lysere enn den typiske cepheid. Faktisk er de større og lysere enn de fleste stjerner; i denne studien, for eksempel, varierte de 18 ULP-cepheidene i størrelse fra 12-20 ganger massen til solen vår.
Lysstyrken gjør dem til gode distansemarkører, sa Stanek. Typiske cepheider er vanskeligere å oppdage i fjerne galakser, ettersom lyset deres smelter sammen med andre stjerner. ULP-cepheider er lyse nok til å skille seg ut.
Astronomer har også lenge mistenkt at ULP-cepheider ikke utvikler seg på samme måte som andre cepheider. I denne studien fant imidlertid Ohio State-teamet det første beviset på at en ULP-cepheid utviklet seg slik en mer klassisk cepheid gjør.
En klassisk cepheid vil bli varmere og kjøligere mange ganger i løpet av livet. Innimellom blir de ytre lagene til stjernen ustabile, noe som forårsaker endringer i lysstyrken. ULP-cepheider antas å gå gjennom denne perioden med ustabilitet bare en gang, og gå i bare en retning - fra varmere til kjøligere.
Men da astronomene samlet data fra forskjellige deler av litteraturen for denne studien, oppdaget de at en av ULP-cepheidene - en stjerne i Small Magellanic Cloud kalt HV829 - tydelig beveger seg i motsatt retning.
For førti år siden pulserte HV829 hver 87,6 dag. Nå pulserer det hver 84,4 dag. To andre målinger funnet i litteraturen bekrefter at perioden har krympet jevnt i tiårene i mellom, noe som indikerer at stjernen i seg selv krymper og blir varmere.
Astronomene konkluderte med at ULP-cepheider kan hjelpe astronomer ikke bare å måle universet, men også lære mer om hvor veldig massive stjerner utvikler seg.
Noen av disse resultatene ble rapportert i Astrophysical Journal i april 2009. Siden denne artikkelen ble skrevet, har Ohio State-astronomene begynt å bruke Large Binocular Telescope i Tucson, Arizona for å se etter flere ULP-cepheider. Stanek sier at de har funnet noen få gode kandidater i galaksen M81, men disse resultatene er ennå ikke bekreftet.
Kilder: AAS, Ohio State University
