Záhada pulsujících hvězd vyřešena

ESO 046/10 tisková zpráva

Díky objevu první zákrytové dvojhvězdy obsahující proměnnou hvězdu cefeidu se mezinárodnímu týmu astronomů podařilo vyřešit letitou záhadu. Mimořádně vhodné uspořádání systému umožnilo velmi přesně změřit hmotnost cefeidy. Nová data ukazují, že předpovědi teorie hvězdných pulsací jsou správné, zatímco odhady hmotnosti na základě teorie hvězdného vývoje jsou v rozporu s tímto pozorováním.

Výsledky práce týmu astronomů, který vedl Grzegorz Pietrzyński (Universidad de Concepción, Chile, Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego, Polsko), byly publikovány 25. listopadu 2010 v novém čísle časopisu Nature.

Pozoruhodné závěry vysvětluje Grzegorz Pietrzyński. „Díky použití spektrografu HARPS ve spojení s 3,6 m teleskopem na observatoři La Silla v Chille, a za pomoci dalších dalekohledů, se nám podařilo změřit hmotnost cefeidy s dosud největší přesností. Výsledek nám umožnil okamžitě rozhodnout, která z dvojice soupeřících teorií předpovídajících hmotnosti cefeid je ta správná.” 

Klasické cefeidy (zvláštní typ proměnných hvězd) jsou nestabilní hvězdy, které jsou mnohem větší a jasnější než Slunce [1]. Pravidelně se nafukují a opět smršťují, a celý tento cyklus může trvat od několika dní do několika měsíců. Čím je hvězda zářivější, tím déle jí trvá, než zjasní a opět pohasne; u méně zářivých hvězd je perioda kratší. Tento nápadně přesný vztah dělá z cefeid jeden z nejefektivnějších nástrojů, jak změřit vzdálenost blízkých galaxií, a dále mapovat rozměry celého vesmíru [2].

Přestože jsou cefeidy takto důležité, musíme konstatovat, že jim stále dobře nerozumíme. Odhady jejich hmotností založené na teorii hvězdných pulsací jsou o 20 – 30 % nižší než předpovědi plynoucí z teorie hvězdného vývoje. A tento nepříjemný rozpor přetrvává již od 60. let minulého století.

Aby astronomové mohli tento problém vyřešit, potřebovali najít dvojhvězdu, kde by jednou složkou byla cefeida, a kde by zároveň při pozorování ze Země docházelo ke vzájemným zákrytům složek. V takových párech – zákrytových dvojhvězdách – mohou astronomové jednoduše a s velkou přesností změřit hmotnosti jednotlivých složek [3]. Ani cefeidy, ani zákrytové dvojhvězdy však nepatří k těm nejpočetnějším objektům na obloze, takže šance na nalezení takového neobvyklého páru byla velmi malá. V Galaxii není dosud známa ani jedna taková dvojhvězda.  

“Opravdu nedávno se nám ale podařilo hledaný systém objevit mezi hvězdami Velkého Magellanova oblaku. Dvojhvězda obsahuje cefeidu pulsující s periodou 3,8 dne a druhou složku, která je o něco větší a chladnější. Vzájemně se obíhají jednou za 310 dní. Binární charakter objektu byl potvrzen hned prvním pozorováním pomocí spektrografu HARPS,” říká člen týmu Wolfgang Gieren.

Pozorovatelé pečlivě měřili změny jasnosti tohoto neobvyklého objektu, který je znám pod katalogovým označením OGLE-LMC-CEP0227 [4]. Spektrograf HARPS a další přístroje použili také k měření radiálních rychlostí hvězd (ve směru od Země a k Zemi), a to jak v důsledku orbitálního pohybu složek, tak díky pohybu povrchu při pulsacích cefeidy.

Tyto velmi komplexní a detailní informace umožnily vědcům stanovit, jak se hvězdy pohybují po svých drahách a velmi přesně změřit jejich hmotnosti – významně přesněji, než bylo dosud u cefeid možné. Hmotnost této cefeidy je nyní známa s přesností 1 % a je v dokonalém souhlasu s teorií hvězdných pulsací. Na druhé straně se ukázalo, že hmotnost předpovídaná teorií hvězdného vývoje je chybná.    

Výrazné zlepšení odhadu hmotností cefeid je pouze jedním z výsledků této práce. Členové týmu doufají, že se jim podaří najít další exempláře těchto velmi užitečných hvězdných párů, aby mohli metodu dále využít. Věří také, že na základě pozorování této dvojice bude možné zpřesnit náš odhad vzdálenosti Velkého Magelanova mračna a dosáhnout chyby jen 1 %, což by vedlo k významnému zpřesnění používaného měřítka vzdáleností ve vesmíru.

Zdroj

Poznámky

[1] První cefeida byla objevena v 18. století a změny jasností těch nejjasnějších lze pozorovat ze dne na den, a to i pouhým okem. Název pochází od hvězdy delta Cephei (souhvězdí Cefeus, Cep), u které poprvé pozoroval změny jasnosti John Goodricke v Anglii v roce 1784. Goodricke byl mimochodem také první, kdo správně vysvětlil změny jasností zákrytových dvojhvězd, jiného typu proměnných hvězd, kde dvě hvězdy obíhají kolem sebe a při pohledu ze Země vzájemně přecházejí jedna před druhou, což vede ke změnám celkové jasnosti. Velmi neobvyklý objekt zkoumaný v uvedené práci je zákrytová dvojhvězda, jejíž jedna složka je cefeida. Klasické cefeidy jsou hmotné hvězdy, výrazně se lišící svým vývojem od podobných pulsujících hvězd s nízkou hmotností.    

[2] Vztah perioda/svítivost u cefeid objevila v roce 1908 Henrietta Leavitt[ová]. Tohoto vztahu později využil Edwin Hubble, když poprvé odhadl vzdálenost mlhavých objektů na obloze dnes známých jako galaxie. V současnosti jsou cefeidy pozorovány za účelem přesného odhadu vzdáleností blízkých galaxií, a to pomocí Hubbleova kosmického dalekohledu (Hubble Space Telescope, HST) nebo v případě ESO prostřednictvím teleskopu VLT na observatoři Paranal.

[3] Velmi přesně mohou astronomové určit hmotnosti složek dvojhvězdy v případě, že obě hvězdy mají podobnou jasnost. V takovém případě je možné pozorovat spektrální čáry obou složek společně, jako v případě tohoto objektu.

[4] Katalogové označení objektu OGLE-LMC-CEP0227 pochází z projektu OGLE, v jehož rámci se poprvé podařilo odhalit jeho proměnnost. Více o projektu OGLE na stránkách http://ogle.astrouw.edu.pl/.

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku, který vyšel 25. listopadu 2010 v časopise Nature.

Složení týmu: G. Pietrzyński (Universidad de Concepción, Chile, Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego, Polsko), 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, Itálie), A. Udalski (Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego, Polsko), I. Soszyński (Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego, Polsko), D. Minniti (Pontificia Universidad Católica de Chile) a B. Pilecki (Universidad de Concepción, Chile, Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego, Polsko).

ESO (Evropská jižní observatoř) je hlavní mezinárodní astronomickou organizací Evropy a patří k nejproduktivnějším astronomickým observatořím světa. Je podporována 14 členskými státy, kterými jsou: Belgie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemí, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko a Velká Británie. ESO má za cíl vývoj, konstrukci a provoz výkonných pozemních astronomických zařízení, která umožní významné vědecké objevy. ESO také hraje přední roli při propagaci a organizaci mezinárodní spolupráce na poli astronomického výzkumu. ESO v současnosti provozuje tři observatoře světově úrovně: La Silla, Paranal a Chajnantor, které se nacházejí na poušti Atacama v Chile. Na Paranalu se nachází VLT (Very Large Telescope = Velmi velký dalekohled) – nejvyspělejší pozemní dalekohled pracující ve viditelném světle a VISTA, největší přehlídkový dalekohled pro infračervenou oblast na světě. Zároveň je ESO evropským zástupcem největšího astronomického projektu všech dob – teleskopu ALMA budovaného na planině Chajnantor. V současnosti ESO plánuje výstavbu Evropského extrémně velkého dalekohledu (E-ELT), který bude mít průměr primárního zrcadla 42 metrů. Měl by pracovat v infračerveném i viditelném oboru záření a stane se největším dalekohledem světa.

Odkazy

• odborný článek (letter)

Kontakty

Grzegorz Pietrzyński; Universidad de Concepción; Chile; Tel: +56 41 220 7268; Cell: +56 9 6245 4545; Email: pietrzyn@astrouw.edu.pl

Wolfgang Gieren; Universidad de Concepción; Chile; Tel: +56 41 220 3103; Cell: +56 9 8242 8925; Email: 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; Cell: +49 151 1537 3591; Email: rhook@eso.org

Překlad: Jiří Srba
Národní kontakt: Viktor Votruba +420 267 103 040; votruba@physics.muni.cz

autor: Jiří Srba