Pressmeddelande

Mysterium med pulserande stjärnor löst

24 november 2010

Ett internationellt forskarlag har upptäckt den första dubbelstjärnan där en cepheidvariabel och en annan stjärna passerar framför varandra. Därmed har de lyckats komma tillrätta med ett mysterium som rör pulserande stjärnor och som varit utan lösning i decennier. Den högst ovanliga upplinjeringen av de två stjärnornas banor har gjort det möjligt att mäta cepheidens massa med en noggrannhet utan motstycke. Fram till nu så har astronomer haft två oförenliga teorier som anger olika massor för cepheidvariabler. Den nya upptäckten visar att förutsägelsen som härstammar från teorin om stjärnpulsationer är på pricken korrekt, medan förutsägelsen från stjärnutvecklingsteorin inte stämmer med de nya observationerna.

De nya forskningsresultaten har arbetats fram av ett forskarlag lett av Grzegorz Pietrzyński (Concepcións universitet, Chile, samt det Astronomiska observatoriet vid Universitet i Warszawa, Polen) och publiceras i tidskriften Nature den 25 november 2010.

Grzegorz Pietrzyński berättar om upptäckten.

‒ Genom att använda instrumentet HARPS på 3,6-metersteleskopet vid ESO:s La Silla-observatorium i Chile tillsammans med andra teleskop, så har vi mätt massan hos en cepheid med en aldrig tidigare uppnådd noggrannhet. Det här nya resultatet gör det möjligt för oss att omedelbart avgöra vilken av de två konkurrerande teorierna som kan användas för att uppskatta cepheidernas massor som är korrekt, avslutar han.

Klassiska cepheidvariabler, som brukar kallas cepheider, är instabila stjärnor som är mycket större och ljusstarkare än solen [1]. De sväller och dras ihop på ett regelbundet sätt, med en period som kan vara allt mellan några dagar till flera månader. En cepheidvariabels period är längre ju ljusstarkare stjärnan är. Detta anmärkningsvärt exakta förhållande gör att studier av sådana stjärnor är en av de mest effektiva metoderna för att uppmäta avstånden till närbelägna galaxer, som därmed ligger till grund för avstånden till än mer avlägsna delar av universum [2].

Trots deras betydelse så är cepheider dock inte helt förstådda. Uppskattningar av deras massor från teorin om pulserande stjärnor ger massor som är 20-30 procent mindre än uppskattningar som härstammar från stjärnutvecklingsteorin. Den här generande motsägelsen har varit känd ända sedan 1960-talet.

För att finna lösningen på mysteriet behövde astronomer hitta en dubbelstjärna som innehöll en cepheidvariabel vars bana var orienterad så att man såg den rakt från sidan när den observerades från jorden. Den här typen av dubbelstjärnor kallas även förmörkelsevariabler. Hos dessa kan man observera hur ljusstyrkan hos systemet minskar när den ena stjärnan rör sig framför den andra stjärnan och igen när den rör sig bakom. För sådana stjärnpar kan forskare bestämma massorna hos de stjärnorna med hög noggrannhet [3]. Tyvärr så är vare sig cepheider eller förmörkelsevariabler särskilt vanliga, och chansen att hitta ett så ovanligt par bedömdes vara mycket liten. Inga sådana system har upptäckts i Vintergatan.

Wolfgang Gieren, som också ingår i teamet, fortsätter berättelsen.

‒ Alldeles nyligen så fann vi den dubbelstjärnan vi hade hoppats hitta, bland stjärnorna i det Stora magellanska molnet. Det innehåller en cepheidvariabel som pulserar var 3,8:e dag, säger han.

‒ Den andra stjärnan är något större och svalare och de två stjärnorna snurrar runt varandra med en omloppstid på 310 dagar. Stjärnans sanna identitet som dubbelstjärna bekräftades omedelbart när vi observerade den med HARPS-spektrografen på La Silla, fortsätter Wolfgang Gieren.

Observatörerna mätte omsorgsfullt variationerna i ljusstyrka hos detta sällsynta objekt, som betecknas OGLE-LMC-CEP0227 [4], då de två stjärnorna passerade framför varandra. De använde även HARPS, tillsammans med andra spektrografer, för att mäta stjärnornas rörelser mot och ifrån jorden. De studerade både omloppsbanorna för dubbelstjärneparet och hur ytan hos cepheidvariabeln rörde sig utåt och inåt när stjärnan svällde och drog ihop sig.

Med dessa heltäckande och detaljrika mätningarna kunde observatörerna bestämma omloppsbanorna såväl som storlekar och massor för de två stjärnorna med hög noggrannhet ‒ mycket högre än vid tidigare mätningar av cepheiders massor. Den här cepheidvariabelns massa är nu bestämd inom en felmarginal på ungefär en procent och stämmer exakt med vad som man skulle vänta sig utifrån teorin för pulserande stjärnor. Den högre massa som väntades enligt stjärnutvecklingsteorin visade sig inte stämma med observationerna.

Att stjärnornas massor kunnat mätas mycket mer noggrant än tidigare är bara en av resultaten från det här arbetet. Forskarna hoppas att de ska upptäcka ytterligare dubbelstjärnor av denna nyttiga typ och därmed kunna vidareutveckla metoden. De tror även att mätningar gjorda på sådana dubbelstjärnesystem kan hjälpa astronomer att bestämma avståndet till granngalaxen det Stora magellanska molnet med en felmarginal på mindre än en procent. Detta skulle innebära en mycket viktig förbättring av noggrannheten hos den kosmiska avståndsskalan.

Noter

[1] De första cepheidvariablerna upptäcktes under 1700-talet och de allra ljusstarkaste kan ses variera i ljusstyrka med blotta ögat från natt till natt. De har fått sina namn efter stjärnan Delta i stjärnbilden Cepheus, vars föränderlighet först observerades av John Goodrike i England år 1784. Anmärkningsvärt nog så var Goodrike också den förste som förklarade de variationer i ljusstyrka som observerats för en annan typ av stjärnor, nämligen förmörkelsevariabler. Denna typ av dubbelstjärnor snurrar runt varandra orienterade så att vi ser dem direkt från sidan, när de passerar varandra minskar den totala ljusstyrkan hos paret (en förmörkelse). Det mycket sällsynta objektet som studerats av forskarlaget innehåller dels en cepheid och är dessutom en förmörkelsevariabel. Klassiska cepheider är massiva stjärnor och skiljer sig från andra, liknande pulserande stjärnor med lägre massa genom en annorlunda utvecklingshistoria.

[2] Period-luminositetsrelationen för cepheider, upptäckt av Henrietta Leavitt år 1908, användes av Edwin Hubble för att göra de första mätningarna av avståndet till det vi nu vet är galaxer. Observationer med Hubbleteleskopet och med ESO:s VLT av cepheidvariabler används än idag för att göra mycket noggranna avståndsmätningar till många närbelägna galaxer.

[3] Om de båda stjärnorna har en liknande ljusstyrka, såsom i det här fallet, så kan astronomer bestämma deras massor med hög noggrannhet. Detta beror på att man i detta fall kan se spektrallinjer från båda stjärnorna i det observerade spektrumet.

[4] Namnet OGLE-LMC-CEP0227 kommer av att den identifierades som en variabel stjärna under OGLE-kartläggningen av gravitationella mikrolinser. Mer detaljer om OGLE finns här: http://ogle.astrouw.edu.pl/.

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i en artikel i tidskriften Nature som publiceras den 25 november 2010.

Forskarlaget består av 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) and B. Pilecki (Universidad de Concepción, Chile, Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego, Polen).

ESO, Europeiska sydobservatoriet, är Europas främsta samarbetsorgan för astronomisk forskning och världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det stöds av 14 länder: Belgien, Danmark, Finland, Frankrike, Italien, Nederländerna, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike. ESO:s ambitiösa verksamhet rör design, konstruktion och drift av avancerade markbaserade forskningsanläggningar som gör det möjligt för astronomer att göra banbrytande vetenskapliga upptäckter. ESO spelar dessutom en ledande roll i att främja och organisera samarbeten inom astronomisk forskning. ESO driver tre unika observationsplatser i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope, världens mest avancerade observatorium för synligt ljus, och VISTA, det största kartläggningsteleskopet. ESO bidrar dessutom till ALMA, ett revolutionerande astronomiskt teleskop och världens hittills största astronomiska projekt. ESO planerar för närvarande bygget av ett 42-meters europeiskt extremt stort teleskop för synligt och infrarött ljus, E-ELT, som kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

• Forskningsartikeln

Kontakter

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

Wolfgang Gieren
Universidad de Concepción
Chile
Tel: +56 41 220 3103
Mobil: +56 9 8242 8925
E-post: 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-post: rhook@eso.org

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso1046 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.