Один из самых фундаментальных вопросов, которые астрономы задают об объекте: «Каково расстояние до него?» Для очень далеких объектов они используют классические цефеиды в качестве «дальномеров». Астрономы называют эти пульсирующие звезды «стандартными свечами». Теперь их целая команда точно измеряет свою скорость вдоль нашего луча зрения.
Что делает классическую цефеиду «стандартной свечой» во тьме Вселенной? Это та самая пульсация. Цефеида не только растет через определенные промежутки времени, но ее яркость также меняется в предсказуемые периоды. В начале 20 века астроном Генриетта Ливитт изучила тысячи этих звезд. Она обнаружила кое-что довольно интересное: существует сильная связь между светимостью цефеиды и периодом ее пульсации. И это полезные отношения.
Сравнивая светимость цефеиды с периодом ее пульсации, можно определить расстояние до звезды. Эта связь, по-видимому, сохраняется для всех известных цефеид. Именно поэтому они считаются важной частью шкалы космических расстояний. Они являются наиболее важным критерием для измерения огромных расстояний между галактиками и скоплениями галактик.
Виды цефеид
Существуют разные «варианты» цефеид. «Классические» имеют периоды пульсации от нескольких дней до нескольких месяцев. Все они массивнее Солнца и могут быть в сто тысяч раз ярче. Их радиус может довольно резко меняться в течение цикла – некоторые увеличиваются на миллионы километров, а затем снова уменьшаются. Цефеиды типа II имеют периоды пульсации от 1 до 50 дней и обычно представляют собой очень старые звезды малой массы. Существуют и другие типы, в том числе аномальные цефеиды с очень короткими периодами. Ученым также известны двухрежимные цефеиды, у которых «сердцебиение» пульсирует в двух или более режимах.
Некоторые довольно известные звезды — это цефеиды. Например, Полярная звезда, известная «Полярная звезда», является одной из таких звезд, а также RR Корма, Дельта Цефеи и Эта Орла, все из которых видны с Земли. Почему эти звезды пульсируют, все еще изучается, но вот очень простой взгляд на этот процесс. Ядро звезды генерирует тепло, которое нагревает внешние слои. Они расширяются, а затем охлаждаются. Излучение уходит, делая звезду ярче. Более холодный газ сжимается под действием силы тяжести, из-за чего звезда кажется меньше и холоднее. Конечно, дьявол кроется в деталях, поэтому астрономы хотят узнать больше о процессах, через которые проходят эти звезды.
Но оказывается, что цефеиды изучать не так-то просто. Во-первых, трудно точно измерить их пульсации и лучевые скорости. Кроме того, у некоторых из них есть звезды-компаньоны, а наличие соседней звезды затрудняет любые измерения. С другой стороны, разные инструменты и методы измерений дают несколько разные результаты, что не помогает астрономам лучше понять эти звезды.
Прецизионные измерения цефеид
Для измерения тонких пульсаций цефеид требуются спектроскопические методы, которые могут измерять свет звезд и разлагать его на составляющие длины волн. Это позволяет получить много данных о звезде, включая ее химический состав, температуру и движение в космосе.
Глобальный консорциум астрономов под руководством Ричарда И. Андерсона из Швейцарской федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) измеряет специфические свойства классических и других цефеид с помощью двух спектрографов высокого разрешения. Один из них называется ГЕРМЕС в Ла-Пальме в северном полушарии, а другой КОРАЛИЯ в Чили. Оба обнаружили крошечные изменения в свете целевых цефеид. Эти сдвиги предоставили ценную информацию о движении звезд.
«Отслеживание пульсаций цефеид с помощью измерений скорости с высоким разрешением дает нам представление о структуре этих звезд и их эволюции», — сказал он. «В частности, измерения скорости, с которой звезды расширяются и сжимаются вдоль луча зрения – так называемые лучевые скорости – являются важным дополнением к точным измерениям яркости из космоса. Однако существует острая потребность в высококачественных лучевых скоростях, поскольку их обнаружение дорого и лишь немногие инструменты способны их обнаружить».
VELOCE за работой
Измерительный проект команды называется VELOCE — сокращение от VELOcities of CEpheids. Это 12-летнее сотрудничество астрономов и астрофизиков. Андерсон начал проект VELOCE во время своей докторской работы в Женевском университете, продолжил его в качестве постдока в США и Германии и теперь завершил его в EPFL.
По словам аспиранта Джордано Вивиани, данные проекта уже дают новое представление о цефеидах. «Прекрасная точность и долговременная стабильность измерений позволили по-новому взглянуть на то, как пульсируют цефеиды», — сказал Вивиани. «Пульсации приводят к изменению скорости прямой видимости до 70 км/с, или около 250 000 км/ч. Мы измерили эти изменения с типичной точностью 130 км/ч (37 м/с), а в некоторых случаях до 7 км/ч (2 м/с), что примерно соответствует скорости быстро идущего человека».
Раскрыты новые подробности об этих ярких звездах
Точные измерения проекта VELOCE также выявили некоторые странные факты об этих звездах. Например, существует интересное явление, называемое прогрессией Герцшпрунга. Он описывает двухконечные неровности пульсаций цефеиды. Астрономы еще не совсем уверены, почему происходят эти удары. Однако они могут дать представление о структуре переменных цефеид, особенно так называемых «классических».
По словам научного сотрудника Генрики Нетцель, другие цефеиды демонстрируют очень сложную изменчивость, и изменения их лучевых скоростей не всегда соответствуют прогнозируемым периодам. «Это говорит о том, что в этих звездах происходят более сложные процессы, такие как взаимодействие между различными слоями звезды или дополнительные (нерадиальные) сигналы пульсаций, которые могут дать возможность определить структуру звезд-цефеид посредством астеросейсмологии», — сказал Нетцель. .
В рамках своего исследования команда также измерила 77 цефеид, которые являются частью двойных звездных систем. Каждая третья цефеида «живет» в двойной звездной системе, и этих невидимых спутников часто можно обнаружить с помощью измерений скорости. По словам Андерсона, характеристика различных «вариантов» цефеид и тонкостей их пульсаций имеет большее значение, чем определение их лучевых скоростей и колебаний периода. «Понимание природы и физики цефеид важно, потому что они рассказывают нам, как в целом развиваются звезды, и потому что мы полагаемся на них при определении расстояний и скорости расширения Вселенной», — сказал Андерсон, отметив, что VELOCE также предоставляет ценный «контртест». » с измерениями Гайи. Он находится на пути к проведению крупномасштабного исследования измерений лучевой скорости цефеид.
Перекрестная проверка с Гайей
Кроме того, VELOCE обеспечивает лучшие доступные перекрестные проверки для аналогичных, но менее точных измерений миссии ESA Gaia. Этот космический корабль собирается провести крупнейшее исследование измерений лучевой скорости цефеид. Данные этой миссии предоставляют растущую трехмерную карту миллионов звезд в Млечном Пути и за его пределами. Он записывает не только их положение, но и их движения (включая лучевую скорость), а также их температуру и состав. В сочетании с высокоточными данными VELOCE о цефеидах астрономы вскоре смогут получить представление об истории эволюции звезд и галактик.
Для получения дополнительной информации
Высокоточные измерения бросают вызов пониманию цефеид
Скорости ЦЕфеид (VELOCE)
