Pressemeddelelse

Mysterium om pulserende stjerner løst

24. november 2010

Ved at finde den første dobbeltstjerne, hvor en pulserende cepheide-variabel og en anden stjerne passerer ind foran hinanden, har et internationalt hold af astronomer løst et årtier gammelt mysterium. Orienteringen af de to stjerners baner i dobbeltstjernesystemet har gjort det muligt at måle cepheidens masse med en hidtil uset nøjagtighed. Indtil nu har astronomer haft to uforenelige teoretiske forudsigelser af cepheiders masser. Det nye resultat viser, at forudsigelsen fra teorien om stjerners pulsation er lige i øjet, mens forudsigelsen fra teorien om stjerners udvikling er i strid med de nye observationer.

De nye resultater, der kommer fra en forskergruppe ledet af Grzegorz Pietrzyński (Universidad de Concepción, Chile, Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego, Polen), offentliggøres den 25. november 2010 i tidsskriftet Nature.

Grzegorz Pietrzyński introducerer dette bemærkelsesværdige resultat: ”Ved at bruge HARPS-instrumentet på 3,6 meter teleskopet på ESO’s La Silla-observatorium i Chile sammen med andre teleskoper, har vi målt massen af en cepheide med en nøjagtighed, der er langt større end ved tidligere bestemmelser. Dette nye resultat giver os direkte mulighed for at se, hvilken af de to konkurrerende teorier, der forudsiger cepheiders masser, som er korrekt.”

Klassiske cepheide-variable, normalt blot kaldet cepheider, er ustabile stjerner, der er større og meget klarere end Solen [1]. De udvider sig og trækker sig sammen på en regelmæssig måde, og det tager alt fra et par dage til måneder at fuldføre cyklussen. Den tid det tager at lyse op og blive svagere igen er længere for stjerner, der er mere lysstærke og kortere for de svagere stjerner. Denne bemærkelsesværdige sammenhæng gør studiet af cepheider til en af de mest effektive måder til at måle afstanden til nærtliggende galakser og derfra at kortlægge skalaen af hele universet [2].

Desværre er cepheider, på trods af deres store betydning, ikke fuldt ud forståede. Forudsigelser af deres masse efter teorien om stjerners pulsation er 20-30 % mindre end forudsigelser efter teorien om stjerners udvikling. Denne pinlige uoverensstemmelse har været kendt siden 1960’erne.

For at løse dette mysterium, var astronomerne derfor nødt til at finde en dobbeltstjerne, der indeholder en cepheide, hvor banen set her fra Jorden ses lige ind mod kanten. I disse tilfælde, kendt som formørkelsesvariabele, vil de to stjerners lysstyrke dæmpes, når den ene komponent passerer ind foran den anden, og igen når den passerer bagved den anden stjerne. I sådanne par kan astronomer bestemme stjernernes masser med meget stor nøjagtighed [3]. Desværre er hverken cepheider eller formørkelsesvariable særligt almindelige, så chancen for at finde et så usædvanligt par virkede meget lille. Ingen er kendt i vores galakse, Mælkevejen.

Wolfgang Gieren, et andet medlem af holdet, tager historien op: ”For ganske nylig fandt vi faktisk det dobbeltstjernesystem, som vi havde håbet på, blandt stjernerne i den Store Magellanske Sky. Det indeholder en cepheide-variabel stjerne, der pulserer med en periode på 3,8 døgn. Den anden stjerne er lidt større og køligere, og de to stjerner kredser om hinanden på 310 dage. Objektets sande dobbeltkarakter blev straks bekræftet, da vi observerede det med HARPS-spektrografen på La Silla.”

Observatørerne målte omhyggeligt variationen i lysstyrken fra dette sjældne objekt, kendt som OGLE-LMC-CEP0227 [4], mens de to stjerner kredsede om og passerede ind foran hinanden. De brugte også HARPS og andre spektrografer til at måle stjernernes bevægelser hen imod og væk fra Jorden – både banebevægelserne for begge stjerner og den ind- og udgående bevægelse af overfladen på cepheiden, mens den svulmede op og trak sig sammen.

Dette meget komplette og detaljerede datasæt har gjort det muligt for observatørerne at bestemme banebevægelsen, størrelsen og massen for de to stjerner med meget stor nøjagtighed – langt bedre end det er gjort før med en cepheide. Massen på cepheiden er nu kendt med 1 % nøjagtighed og den stemmer præcis overens med forudsigelser fra teorien om stjerners pulsation. Men den større masse forudsagt af teorien om stjerners udvikling har vist sig at være meget forkert.

Det meget forbedrede skøn af massen er kun ét resultat af dette arbejde, og holdet håber at finde andre eksempler på disse bemærkelsesværdigt nyttige stjernepar for at udnytte metoden yderligere. De mener også, at de ved hjælp af sådanne dobbeltsystemer med tiden vil blive i stand til at få styr på afstanden til den Store Magellanske Sky med 1 % nøjagtighed, hvilket vil betyde en ekstremt vigtig forbedring af den kosmiske afstandsskala.

Noter

[1] De første cepheide-variable blev set i det 18. århundrede, og de klareste af dem kan du nemt se variere fra nat til nat med det blotte øje. Deres navn stammer fra stjernen Delta Cephei i stjernebilledet Cepheus (Kongen), som første gang blev set variere af John Goodricke i England i 1784. Goodricke var også den første til at forklare lysstyrkevariationerne for en anden slags variable stjerner, formørkelsesvariable. I det tilfælde kredser to stjerner om hinanden og passerer ind foran hinanden, som en del af deres bane, så parrets samlede lysstyrke falder. Det meget sjældne objekt, der er undersøgt af Pietrzyński’s forskerhold, er både en cepheide og en formørkelsesvariabel. Klassiske cepheider er tunge stjerner, som adskiller sig fra lignende, men lettere pulserende stjerner, der ikke deler den samme udviklingshistorie.

[2] Periode-lysstyrke-relationen for cepheider, opdaget af Henrietta Leavitt i 1908, blev brugt af Edwin Hubble til at lave de første bestemmelser af afstanden til det, vi nu ved er galakser. For nylig er cepheider blevet observeret med Rumteleskopet Hubble og med ESO’s VLT på Paranal for at lave en meget nøjagtig bestemmelse af afstanden til mange nærtliggende galakser.

[3] Særligt kan astronomerne bestemme masserne af stjernerne med stor nøjagtighed, hvis begge stjerner tilfældigvis har omtrent samme lysstyrke, så spektrallinierne fra hver af stjernerne kan ses i det observerede spektrum af de to stjerner sammen, som det er tilfældet for dette objekt.

[4] Navnet OGLE-LMC-CEP0227 er kommet på banen, fordi stjernen først blev afsløret som en variabel af OGLE-projektet, der søger efter gravitationelle mikrolinse-begivenheder. Flere detaljer om OGLE kan findes på: http://ogle.astrouw.edu.pl/.

Mere information

Denne forskning er præsenteret i en artikel, der udkommer i tidsskriftet Nature den 25. november 2010.

Holdet består af G. Pietrzyński (Universidad de Concepción, Chile, Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego, Polen), I. B. Thompson (Carnegie Observatories, USA), W. Gieren (Universidad de Concepción, Chile), D. Graczyk (Universidad de Concepción, Chile), G. Bono (INAF-Osservatorio Astronomico di Roma, Universita’ di Roma, Italien), A. Udalski (Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego, Polen), I. Soszyński (Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego, Polen), D. Minniti (Pontificia Universidad Católica de Chile) og B. Pilecki (Universidad de Concepción, Chile, Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego, Polen).

ESO, det Europæiske Syd Observatorium, er den mest fremtrædende internationale astronomi-organisation i Europa og verdens mest produktive astronomiske observatorium. ESO har i dag følgende 14 medlemslande: Belgien, Danmark, Finland, Frankrig, Holland, Italien, Portugal, Schweiz og Storbritannien, Spanien, Sverige, Tjekkiet, Tyskland og Østrig. Flere lande har udtrykt interesse i medlemskab. ESO’s aktiviteter er fokuseret på design, konstruktion og drift af jordbaserede observationsfaciliteter for astronomi for at muliggøre vigtige videnskabelige opdagelser. ESO spiller også en ledende rolle for at fremme og organisere samarbejdet inden for astronomisk forskning. I Chile driver ESO tre unikke observatorier i verdensklasse: La Silla, Paranal og Chajnantor. På Paranal driver ESO Very Large Telescope (VLT), der er verdens mest avancerede astronomiske observatorium til observationer i synligt lys. ESO er den europæiske partner i et revolutionerede astronomisk teleskop kaldet ALMA, det største igangværende astronomiske projekt. ESO planlægger i øjeblikket et 42 meter optisk/nær-infrarødt teleskop kaldet European Extremely Large Telescope (E-ELT), der vil blive ”verdens største øje mod himlen”.

Links

• Videnskabelig artikel i Nature

Kontakter

Grzegorz Pietrzyński
Universidad de Concepción
Chile
Tel: +56 41 220 7268
Mobil: +56 9 6245 4545
E-mail: pietrzyn@astrouw.edu.pl

Wolfgang Gieren
Universidad de Concepción
Chile
Tel: +56 41 220 3103
Mobil: +56 9 8242 8925
E-mail: wgieren@astro-udec.cl

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mobil: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Ole J. Knudsen (Pressekontakt Danmark)
ESOs formidlingsnetværk og Aarhus Space Centre, Aarhus Universitet
Aarhus, Danmark
Tel: +45 8715 5597
E-mail: eson-denmark@eso.org

Connect with ESO on social media

Dette er en oversættelse af ESO pressemeddelelse eso1046 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.