Vůbec první sčítání proměnných Mira-typu v galaxii mimo Místní skupinu
10. června 2003
Mezinárodní tým pod vedením astronomky ESO Mariny Rejkuby objevil v blízké eliptické galaxii Centaurus A (NGC 5128) více než 1000 svítivých červených proměnných hvězd. Změny jasnosti a periody těchto hvězd byly přesně změřeny a odhalily, že se většinou jedná o chladné dlouhoperiodické proměnné hvězdy tzv. typu „Mira“. Pozorovaná proměnnost je způsobena hvězdnou pulzací. Je to poprvé, kdy bylo provedeno podrobné sčítání proměnných hvězd v galaxii mimo Místní skupinu galaxií (jejímž členem je galaxie Mléčná dráha, v níž žijeme). Otevírá také zcela nové okno k podrobnému studiu hvězdného obsahu a vývoje obřích eliptických galaxií . Předpokládá se, že tyto masivní objekty hrají významnou roli v gravitačním sestavování kup galaxií ve vesmíru (zejména v raných fázích). Tento bezprecedentní výzkumný projekt je založen na pozorováních v blízké infračervené oblasti získaných během více než tří let pomocí vícemódového přístroje ISAAC na 8,2m dalekohledu VLT ANTU na observatoři ESO Paranal.
Proměnné hvězdy typu Mira
Mezi hvězdami, které jsou na obloze viditelné pouhým okem, zhruba jedna ze tří set (0,3 %) vykazuje změny jasnosti a astronomové ji označují jako „proměnnou hvězdu“. Mezi velkými chladnými hvězdami („červenými obry“) je toto procento mnohem vyšší – ve skutečnosti jsou proměnné téměř všechny svítivé hvězdy tohoto typu. Takové hvězdy se označují jako proměnné hvězdy typu Mira ; název pochází od nejvýznamnějšího zástupce této třídy, hvězdy Omicron Ceti v souhvězdí Cetus (Velryba), známé také jako „Stella Mira“ (Podivuhodná hvězda). Její jasnost se mění s periodou 332 dní a v maximu (viditelná hvězdná velikost 2 a jedna z padesáti nejjasnějších hvězd na obloze) je asi 1500krát jasnější než v minimu (hvězdná velikost 10 a viditelná pouze v malých dalekohledech) .
Hvězdy jako Omicron Ceti se blíží ke konci svého života. Jsou velmi velké a jejich velikost se pohybuje od několika set do přibližně tisícinásobku Slunce. Kolísání jasnosti je způsobeno pulzacemi, během nichž se teplota a velikost hvězdy dramaticky mění.
V následující vývojové fázi se mirovité stálice zbaví svých vnějších vrstev do okolního prostoru a stanou se viditelnými jako planetární mlhoviny s horkou a kompaktní hvězdou („bílým trpaslíkem“) uprostřed mlhoviny z plynu a prachu.
V současné době je známo několik tisíc hvězd typu Mira v galaxii Mléčná dráha a několik stovek jich bylo nalezeno v dalších blízkých galaxiích, včetně Magellanových mračen.
Specifická galaxie Centaurus A
Centaurus A (NGC 5128) je nejbližší obří galaxií, vzdálenou asi 13 milionů světelných let. Nachází se mimo Místní skupinu galaxií, do které patří naše galaxie, Mléčná dráha, a její satelitní galaxie, Magellanova mračna.
Centaurus A je vidět ve směru jižního souhvězdí Kentaura. Má eliptický tvar a v současné době splývá s průvodní galaxií, což z něj činí jeden z nejpozoruhodnějších objektů na obloze, viz ESO Press Photo eso0315 . Ve svém středu má velmi těžkou černou díru a je zdrojem silného rádiového a rentgenového záření.
Během tohoto výzkumného programu byly v Centauru A prohledány dvě oblasti s proměnnou jasností hvězd, které se nacházejí na periferii této zvláštní galaxie, srov. eso0315b . Vnější oblast („Pole 1“) se shoduje s hvězdným obalem s mnoha modrými a svítivými hvězdami vzniklými probíhajícím slučováním galaxií; leží ve vzdálenosti 57 000 světelných let od centra. Vnitřní pole („Pole 2“) je více zaplněné a nachází se v předpokládané vzdálenosti asi 30 000 světelných let od centra.
Tři roky pozorování VLT
Za normálních okolností má každý tým profesionálních astronomů přístup k největšímu dalekohledu na světě jen na velmi omezený počet po sobě jdoucích nocí v roce. Rozsáhlá pátrání po proměnných hvězdách, jako je ta současná, však vyžadují opakovaná pozorování trvající minuty až hodiny po dobu měsíců až let. Není tedy možné provádět taková pozorování klasickým způsobem, kdy astronomové pokaždé cestují k dalekohledu.
Naštěstí je operační systém VLT na observatoři ESO Paranal (Chile) uzpůsoben i pro tento druh dlouhodobého programu. V období od dubna 1999 do července 2002 byl 8,2m dalekohled VLT ANTU na Cerro Paranal v Chile) mnohokrát provozován v servisním režimu s cílem získat snímky dvou polí v K-pásmu v Centauru A pomocí multirežimového přístroje ISAAC v blízké infračervené oblasti. Každé pole bylo během tohoto tříletého období pozorováno více než dvacetkrát; některé snímky byly získány za výjimečných pozorovacích podmínek 0,30 úhlových vteřin. Jedna sada doplňkových optických snímků byla získána vícemódovým přístrojem FORS1 (rovněž na VLT ANTU) v červenci 1999.
Každý snímek z přístroje ISAAC pokrývá pole oblohy o rozměrech 2,5 x 2,5 obloukových min 2. Kombinované snímky, zahrnující celkovou expozici 20 hodin, jsou skutečně nejhlubšími infračervenými snímky, jaké kdy byly pořízeny v halo jakékoli galaxie tak vzdálené jako Centaurus A, tedy asi 13 milionů světelných let.
Objev tisíce proměnných hvězd v Miru
Po dokončení zdlouhavých pozorování bylo nutné provést dva další kroky k identifikaci proměnných hvězd v Centauru A .
Nejprve byl každý snímek ISAAC individuálně zpracován, aby bylo možné identifikovat tisíce a tisíce slabých bodových obrazů (hvězd) viditelných v těchto polích. Poté byly všechny snímky porovnány pomocí speciálního softwarového balíku („DAOPHOT“), aby bylo možné změřit jasnost všech těchto hvězd na různých snímcích, tj, v závislosti na čase.
Ačkoli bylo zjištěno, že většina hvězd v těchto polích má podle očekávání konstantní jasnost, více než 1000 hvězd vykazovalo změny jasnosti v čase; to je zdaleka největší počet proměnných hvězd, jaký byl kdy objeven v galaxiích mimo Místní skupinu galaxií.
Detailní analýza tohoto obrovského souboru dat trvala více než rok. Bylo zjištěno, že většina proměnných hvězd je typu Mira, a byly změřeny jejich světelné křivky (jasnosti v průběhu pulzační periody), viz ESO Press Photo eso0315 . Pro každou z nich byly určeny hodnoty charakterizujících parametrů, perioda (dny) a amplituda jasnosti (magnitudy). Katalog nově objevených proměnných hvězd v Centaurovi A byl nyní zpřístupněn astronomické komunitě prostřednictvím evropského vědeckého časopisu Astronomy & Astrophysics.
Marina Rejkuba je potěšena a děkuje: „Máme opravdu velké štěstí, že se nám tento ambiciózní projekt podařilo tak úspěšně realizovat. Vše rozhodujícím způsobem záviselo na různých faktorech: na opakovaném udělení rozhodujícího pozorovacího času Výborem pro pozorovací programy ESO v různých pozorovacích obdobích tváří v tvář přísné mezinárodní konkurenci, na stabilitě a spolehlivosti dalekohledu a přístroje ISAAC po dobu více než tří let a v neposlední řadě na vynikající kvalitě pozorování v servisním režimu, která tak efektivně prováděli pracovníci observatoře Paranal.“
Co jsme se dozvěděli o galaxii Centaurus A?“
Současná studie proměnných hvězd v této obří eliptické galaxii je vůbec první svého druhu. Přestože vyhodnocení velmi rozsáhlého pozorovacího materiálu ještě není dokončeno, vedlo již k řadě velmi užitečných vědeckých výsledků.
Potvrzení přítomnosti populace středního stáří
Na základě dřívějších výzkumů (optické a blízké IR barevné magnitudové diagramy hvězd v polích) současný tým astronomů již dříve zjistil přítomnost populace středního a mladého stáří v halo této galaxie. Zdá se, že nejmladší hvězdy jsou zarovnány s mohutným tryskem produkovaným masivní černou dírou v centru.
Některé z nyní objevených velmi svítivých červených proměnných hvězd potvrzují přítomnost populace hvězd středního stáří v halo této galaxie. Přispívá to také k našemu pochopení toho, jak vznikají obří eliptické galaxie.
Nové měření vzdálenosti galaxie Centaurus A
Pulzování proměnných hvězd typu Mira se řídí vztahem perioda-svítivost. Čím delší je perioda, tím je hvězda typu Mira svítivější.
Tato skutečnost umožňuje použít hvězdy typu Mira jako „standardní svíčky“ (objekty se známou vlastní svítivostí) pro určování vzdáleností. Ve skutečnosti byly tímto způsobem často využívány k přesnému měření vzdáleností k bližším objektům, např. k jednotlivým hvězdokupám a ke středu v naší galaxii Mléčné dráze, a také ke galaxiím v Místní skupině, zejména k Magellanovým mračnům.
Tato metoda funguje zvláště dobře při infračervených měřeních a astronomové nyní mohli tímto novým způsobem změřit vzdálenost k Centauru A. Zjistili vzdálenost 13,7 ± 1,9 milionu světelných let, což se vcelku shoduje s jinými metodami a potvrzuje je.
Studium gradientů hvězdné populace v halo obří eliptické galaxie
Dvě zde studovaná pole obsahují různé populace hvězd. Je pozorována jasná závislost na umístění („gradient“) v galaxii, která může být způsobena rozdíly v chemickém složení nebo stáří, případně kombinací obojího.
Poznání příčiny tohoto gradientu poskytne další vodítka k tomu, jak Centaurus A – a vlastně všechny obří eliptické galaxie – vznikl a jak se od té doby vyvíjel.
Srovnání s jinými známými blízkými galaxiemi
Při minulém pátrání byly objeveny proměnné hvězdy typu Mira v celé Mléčné dráze, naší domovské galaxii, a v dalších blízkých galaxiích Místní skupiny. V Místní skupině však nejsou žádné obří eliptické galaxie jako Centaurus A a je to poprvé, kdy se podařilo identifikovat tento druh hvězd v tomto typu galaxií.
Předkládané zkoumání nyní otevírá nové okno ke studiu hvězdných složek takových galaxií .
Poznámky
Tým tvoří Marina Rejkuba a David Silva (ESO-Garching, Německo), Tim Bedding (School of Physics and Astronomy, Sydney University, Austrálie) a Dante Minniti (Departamento de Astronomía a FONDAP Center for Astrophysics, Pontifica Universidad Catolica de Chile, Santiago, Chile).
Mira ( Omicron Ceti ), chladný červený obr, je jednou z nejznámějších proměnných hvězd na obloze. Za jejího objevitele je považován David Fabricius (Východní Frísko, Německo), který ji objevil v roce 1596 při hledání planety Merkur. V roce 1638 určil Johann Holwarda z téže oblasti její periodu na 11 měsíců a stanovil ji tak jako první objevenou dlouhoperiodickou proměnnou hvězdu. V roce 1642 ji Johannes Hevelius (Gdaňsk, dnes Polsko) pojmenoval Mira , „Nádherná“. Později bylo zjištěno, že se jedná o dvojhvězdný systém. Podle této hvězdy byla pojmenována celá třída proměnných hvězd. Podle astronomické definice jsou hvězdy typu „Mira“ proměnné hvězdy s periodou přibližně 100 až 1000 dní a s vizuálními světelnými změnami většími než 2,5 magnitudy. .
Další informace
Výzkum popsaný v této tiskové zprávě je prezentován ve vědeckém článku, který brzy vyjde v evropském vědeckém časopise Astronomy & Astrophysics („Long Period Variables in NGC 5128: I. Catalogue“ autorů Marina Rejkuba et al.). Je k dispozici na webu jako astro-ph/0305432 .
Odkazy
Vícemódový přístroj ISAAC na 8,2m dalekohledu VLT ANTU na observatoři ESO Paranal.
Kontakty
Marina Rejkuba
ESO
Garching, Německo
Tel: +49 89 3200-6453
Email: [email protected]
Spojte se s ESO na sociálních sítích
.