Met behulp van een zeldzaam type gigantische variabele sterren van Cepheid als kosmische milemarkers, hebben astronomen een manier gevonden om afstanden tot objecten drie keer verder in de ruimte te meten dan voorheen mogelijk was. Maar astronomen hebben een manier gevonden om Cepheid-variabelen van de "ultra lange periode" (ULP) als bakens te gebruiken om afstanden tot 300 miljoen lichtjaar en daarna te meten.
Klassieke cepheids zijn helder, maar voorbij 100 miljoen lichtjaar van de aarde gaat hun signaal verloren tussen andere heldere sterren, zei Jonathan Bird, doctoraatsstudent astronomie in de staat Ohio, die zijn bevindingen maandag besprak op de conferentie van de American Astronomical Society.
Maar ULP's zijn een zeldzame en extra heldere klasse van cepheid, die erg langzaam pulseert.
Astronomen hebben ook lang gedacht dat ULP cepheids niet op dezelfde manier evolueren als andere cepheids. In deze studie vonden astronomen echter het eerste bewijs dat een ULP-cepheid zich op dezelfde manier ontwikkelde als een klassieke cepheid.
Er zijn verschillende methoden om de afstand tot sterren te berekenen, en astronomen moeten vaak methoden combineren om indirect een afstand te meten. De gebruikelijke analogie is een ladder, waarbij elke nieuwe methode hoger staat dan een andere. Bij elke nieuwe sport van de kosmische afstandsladder tellen de fouten op, waardoor de precisie van de algehele meting afneemt. Dus elke afzonderlijke methode die de sporten van de ladder kan overslaan, is een gewaardeerd hulpmiddel om het universum te onderzoeken.
Krzysztof Stanek, hoogleraar astronomie aan de staat Ohio, paste in 2006 een directe meettechniek toe, toen hij het licht dat uit een dubbelstersysteem in de melkweg M33 kwam, voor het eerst de afstand tot die melkweg gebruikte. M33 is 3 miljoen lichtjaar verwijderd van de aarde.
Deze nieuwe techniek met ULP cepheids is anders. Het is een indirecte methode, maar deze eerste studie suggereert dat de methode zou werken voor sterrenstelsels die veel verder weg zijn dan M33.
“We ontdekten dat cepheids met een zeer lange periode een potentieel krachtige afstandsindicator was. We denken dat ze de eerste directe afstandsmetingen van sterrenstelsels kunnen leveren aan sterrenstelsels in het bereik van 50-100 megaparsecs (150 miljoen - 326 miljoen lichtjaar) en nog veel meer ”, zei Stanek.
Omdat onderzoekers over het algemeen geen kennis nemen van cepheids met een ultralange periode, zijn er maar een paar in het astronomische record. Voor deze studie ontdekte Stanek, Bird en Ohio State doctoraatsstudent Jose Prieto 18 ULP cepheids uit de literatuur.
Elk bevond zich in een nabijgelegen sterrenstelsel, zoals de Small Magellanic Cloud. De afstanden tot deze nabijgelegen sterrenstelsels zijn bekend, dus de astronomen gebruikten die kennis om de afstand tot de ULP-cepheids te kalibreren.
Ze ontdekten dat ze ULP-cepheids konden gebruiken om afstand te bepalen met een fout van 10-20 procent - een snelheid die typerend is voor andere methoden die deel uitmaken van de kosmische afstandsladder.
"We hopen die fout te verminderen naarmate meer mensen kennis nemen van ULP cepheids in hun sterrenonderzoeken", zei Bird. "Wat we tot nu toe hebben laten zien, is dat de methode in principe werkt en dat de resultaten bemoedigend zijn."
Bird legde uit waarom astronomen ULP cepheids in het verleden hebben genegeerd.
Cepheids voor een korte periode, die om de paar dagen oplichten en dimmen, maken goede afstandsmarkeringen in de ruimte omdat hun periode rechtstreeks verband houdt met hun helderheid - en astronomen kunnen die helderheidsinformatie gebruiken om de afstand te berekenen. Polaris, de Poolster, is een bekende en klassieke cepheid.
Maar astronomen hebben altijd gedacht dat ULP cepheids, die in de loop van een paar maanden of langer opfleurt en dimt, deze relatie niet gehoorzaamt. Ze zijn groter en helderder dan de typische cepheid. Ze zijn zelfs groter en helderder dan de meeste sterren; in deze studie varieerden de 18 ULP cepheids bijvoorbeeld in grootte van 12-20 maal de massa van onze zon.
De helderheid maakt ze goede afstandsmarkeringen, zei Stanek. Typische cepheids zijn moeilijker te zien in verre sterrenstelsels, omdat hun licht opgaat in andere sterren. ULP cepheids zijn helder genoeg om op te vallen.
Astronomen vermoedden ook al lang dat ULP-cepheids niet op dezelfde manier evolueren als andere cepheids. In deze studie vond het Ohio State-team echter het eerste bewijs van een ULP-cepheid die evolueerde zoals een meer klassieke cepheid dat doet.
Een klassieke cepheid zal tijdens haar leven vele malen heter en koeler worden. Daartussenin worden de buitenste lagen van de ster onstabiel, wat de veranderingen in helderheid veroorzaakt. Van ULP cepheids wordt aangenomen dat deze deze periode van instabiliteit slechts één keer doorloopt en slechts in één richting gaat - van heter naar koeler.
Maar toen de astronomen voor deze studie gegevens uit verschillende delen van de literatuur samenbrachten, ontdekten ze dat een van de ULP cepheids - een ster in de Kleine Magelhaense Wolk genaamd HV829 - zich duidelijk in de tegenovergestelde richting beweegt.
Veertig jaar geleden pulseerde HV829 elke 87,6 dagen. Nu pulseert het elke 84,4 dagen. Twee andere metingen in de literatuur bevestigen dat de periode in de tussenliggende decennia gestaag is gekrompen, wat aangeeft dat de ster zelf krimpt en heter wordt.
De astronomen concludeerden dat ULP cepheids astronomen niet alleen kan helpen het heelal te meten, maar ook meer te weten te komen over hoe zeer zware sterren evolueren.
Sommige van deze resultaten werden in april 2009 gerapporteerd in het Astrophysical Journal. Sinds dat artikel is geschreven, zijn de astronomen van de staat Ohio de grote binoculaire telescoop in Tucson, Arizona gaan gebruiken om te zoeken naar meer ULP-cepheids. Stanek zegt dat ze een paar goede kandidaten hebben gevonden in de Galaxy M81, maar die resultaten moeten nog worden bevestigd.
Bronnen: AAS, The Ohio State University
