Pressmeddelande

Kosmisk mätsticka blir bättre än någonsin

Dubbelstjärnor bestämmer avstånd till granngalax

6 mars 2013

Det tog nästan ett decennium av noggranna observationer. Nu har ett internationellt astronomteam mätt upp avståndet till vår granngalax, det Stora Magellanska molnet, mer noggrant än någonsin tidigare. Den nya mätningen förbättrar samtidigt vår kunskap om hur snabbt universum expanderar - enligt den så kallade Hubblekonstanten. Dessutom innebär mätningen ett viktigt steg för att förstå den underliga mörka energin som gör att expansionen accelererar. Teamet använde teleskop vid ESO:s La Silla observatorium i Chile, samt andra över hela världen. Resultaten publiceras den 7 mars 2013 i tidskriften Nature.

För att mäta universums storlek bestämmer astronomer först avståndet till närliggande himlakroppar som kan sedan användas som så kallade standardljus [1] för att bestämma avstånden längre och längre ut i kosmos. Men kedjan är inte noggrannare än sin svagaste länk. Tills nu har det varit svårt att bestämma avståndet till det Stora Magellanska molnet (LMC - Large Magellanic Cloud), vår närmaste granngalax. Eftersom stjärnor i den här galaxen används för att bestämma avståndsskalan för mer avlägsna galaxer, är det viktigt att noggrant mäta avståndet till det Stora Magellanska molnet.

Men nya noggranna observationer av en sällsynt slags dubbelstjärna har låtit astronomerna bestämma ett mycket mer precist värde för avståndet till Stora Magellanska molnet: 163 000 ljusår.

Wolfgang Gieren (Universidad de Concepción, Chile) har varit med och lett studien.

- Det här är väldigt spännande, eftersom astronomerna har spenderat de senaste hundra åren att försöka mäta avständet till det Stora Magellanska molnet, och det har visat sig vara mycket svårt. Nu har vi löst problemet då vi visar att vårt resultat har en noggranhet som är bättre än 2%.

Den förbättrade mätningen av avståndet till det Stora Magellanska molnet ger också mer noggranna avstånd till många varierande cepheidstjärnor [2]. Dessa ljusstarka pulserande stjärnor används som standardljus för att mäta avstånd till mer avlägsna galaxer och för att mäta upp universums expansionshastighet - Hubblekonstanten. Denna avståndsmätning är också basen för att förstå avstånden till de allra mest avlägsna galaxerna som kan detekteras med dagens teleskop. Den nya, förbättrade avståndsbestämningen till det Stora Magellanska molnet minskar direkt osäkerheten i bestämningen av kosmologiska avstånd.

Astronomerna bestämde avståndet till det Stora Magellanska molnet genom att observera ovanliga dubbelstjärnor, som kallas förmörkelsevariabler [3]. Dessa stjärnor har banor som gör att de passerar framför varandra. När man observerar detta från jorden minskar den totala ljusstyrkan, både när den ena stjärnan passerar framför den andra, och när den passerar bakom, fast då inte lika mycket [4].

Genom att följa dessa ändringar i ljusstyrka väldigt noggrant, samt göra mätningar av stjärnornas omloppshastigheter, är det möjligt att räkna ut hur stora stjärnorna är, samt att bestämma deras massa och annan information om deras omloppsbanor. När detta kombineras med noggranna mätningar av den totala ljusstyrkan och färgerna hos stjärnorna [5] kan man beräkna mycket noggranna avstånd till dem.

Den här metoden har använts tidigare, men då observerade man varmare stjärnor. Då måste man dock göra vissa antaganden som gör att sådana avståndsbestämningar inte är lika noggranna. Men nu, för första gången, har åtta extremt ovanliga förmörkelsevariabler hittats, där båda stjärnorna är svalare stjärnor - röda jättar [6]. Dessa stjärnpar har nu studerats i detalj och ger alltså mycket mer noggranna avståndsmätningar - pålitliga till inom 2 procent.

Grzegorz Pietrzyński (Universidad de Concepción, Chile och Warsavauniversitetets observatorium, Polen) är förstaförfattare till artikeln i Nature:

- ESO tillhandahöll en perfekt svit av teleskop och instrument för observationerna som var nödvändiga för det här projektet. Tack vare instrumentet HARPS fick vi extremt noggranna radialhastigheter för någorlunda svaga stjärnor, och tack vare SOFI precisa mätningar av hur starkt stjärnorna lyste i infrarött ljus.

- Nu arbetar vi på att förbättra vår metod ännu mer. Vi hoppas kunna uppnå en noggrannhet på 1 procent på avståndet till Stora Magellanska molnet inom några år. Detta har viktiga konsekvenser inte bara för kosmologin, men även för många andra fält inom astrofysiken, avslutar Dariusz Graczyk, andra författaren till artikeln i Nature.

Noter

[1] Standardljus är objekt vars inneboende ljusstyrka är känd. Genom att observera hur starkt ett sådant objekt lyser kan astronomerna räkna ut dess avstånd - mer avlägsna objekt ser ut att lysa svagare. Exempel på sådana standardljus är varierande cepheidstjärnor [2] och Typ Ia-supernovor. Den stora svårigheten är att kalibrera avståndsskalan genom att hitta standardljus som ligger någorlunda nära så att avståndet också kan bestämmas med andra metoder.

[2] Cepheidvariabler är starkt lysande instabila stjärnor som pulserar och vars ljusstyrka varierar. Det finns dock ett väldefinierat förhållande mellan hur snabbt de ändras och hur starkt de lyser. Cepheider som pulserar snabbare lyser svagare än de som pulserar långsammare. Denna relation mellan period och ljusstyrka gör det möjligt för astronomerna att använda dem som standardljus för att mäta avstånden till galaxer i vår närhet i universum.

[3] Det här arbetet är en del av det långsiktiga Araucaria-projektet för att förbättra mätningar av avståndet till galaxer i vår närhet.  

[4] De exakta variationerna i ljusstyrka beror på stjärnornas relativa storlekar, deras temperaturer och färger samt egenskaperna hos deras banor.

[5] Stjärnornas färger bestäms genom att jämföra ljusstyrkan i olika kortvågiga infraröda våglängder.

[6] De här stjärnorna hittades då man sökte bland de 35 miljoner stjärnorna i Stora Magellanska molnet som studerades i projektet OGLE.

Mer information

Resultaten presenteras i en forskningsartikel “An eclipsing binary distance to the Large Magellanic Cloud accurate to 2 per cent” av G. Pietrzyński m. fl. som publiceras den 7 mars 2013 i tidskriften Nature.

Teamet består av G. Pietrzyński (Universidad de Concepción, Chile; Warszawas universitetsobservatorium, Polen), D. Graczyk (Universidad de Concepción), W. Gieren (Universidad de Concepción), I. B. Thompson (Carnegie Observatories, Pasadena, USA), B., Pilecki (Universidad de Concepción; Warszawas universitetsobservatorium), A. Udalski (Warszawas universitetsobservatorium), I. Soszyński (Warszawas universitetsobservatorium), S. Kozłowski (Warszawas universitetsobservatorium), P. Konorski (Warszawas universitetsobservatorium), K. Suchomska (Warszawas universitetsobservatorium), G. Bono (Università di Roma Tor Vergata, Rome, Italy; INAF-Osservatorio Astronomico di Roma, Italy), P. G. Prada Moroni (Università di Pisa, Italy; INFN, Pisa, Italy), S. Villanova (Universidad de Concepción ), N. Nardetto (Laboratoire Fizeau, UNS/OCA/CNRS, Nice, France), F. Bresolin (Institute for Astronomy, Hawaii, USA), R. P. Kudritzki (Institute for Astronomy, Hawaii, USA), J. Storm (Leibniz Institute for Astrophysics, Potsdam, Germany), A. Gallenne (Universidad de Concepción), R. Smolec (Nicolaus Copernicus Astronomical Centre, Warsaw, Polen), D. Minniti (Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile; Vatican Observatory, Italy), M. Kubiak (Warszawas universitetsobservatorium), M. Szymański (Warszawas universitetsobservatorium), R. Poleski (Warszawas universitetsobservatorium), Ł. Wyrzykowski (Warszawas universitetsobservatorium), K. Ulaczyk (Warszawas universitetsobservatorium), P. Pietrukowicz (Warszawas universitetsobservatorium), M. Górski (Warszawas universitetsobservatorium) och P. Karczmarek (Warszawas universitetsobservatorium).

ESO, Europeiska sydobservatoriet, är Europas främsta samarbetsorgan för astronomisk forskning och världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det stöds av 15 länder: Belgien, Brasilien, 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 två kartläggningsteleskop: VISTA, som observerar infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop, samt VST, det största teleskopet som konstruerats för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO bidrar dessutom till ALMA, ett revolutionerande astronomiskt teleskop och världens hittills största astronomiska projekt. ESO planerar för närvarande bygget av det europeiska extremt stora 39 metersteleskopet för synligt och infrarött ljus, E-ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

• Forskningsartikeln i Nature
• Bilder på HARPS/3.6m
• Bilder på NTT
• Bilder tagna med SOFI

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, 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 eso1311 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.