Ensimmäinen muuttuvien tähtien luettelo -Type Stars in Galaxy Outside Local Group
10 June 2003
Kansainvälinen ryhmä ESO:n tähtitieteilijä Marina Rejkuban johdolla on löytänyt yli 1000 valovoimaista punaista muuttuvaa tähteä läheisestä elliptisestä galaksista Centaurus A (NGC 5128). Näiden tähtien kirkkauden muutokset ja jaksot mitattiin tarkasti, ja ne paljastavat, että ne ovat enimmäkseen viileitä pitkän jakson muuttuvia tähtiä, jotka ovat niin sanottua ”Mira-tyyppiä”. Havaittu vaihtelu johtuu tähtien pulsaatiosta. Tämä on ensimmäinen kerta, kun muuttuvien tähtien yksityiskohtainen kartoitus on tehty paikallisen galaksiryhmän (johon Linnunrata, jossa me elämme, kuuluu) ulkopuolisesta galaksista. Se avaa myös täysin uuden mahdollisuuden tutkia yksityiskohtaisesti elliptisten jättiläisgalaksien tähtien sisältöä ja kehitystä. Näillä massiivisilla kohteilla oletetaan olevan merkittävä rooli maailmankaikkeuden galaksijoukkojen gravitaatiokokoonpanossa (erityisesti varhaisvaiheessa). Tämä ennennäkemätön tutkimushanke perustuu lähi-infrapunahavaintoihin, jotka on tehty yli kolmen vuoden ajan ESO:n Paranal-observatorion 8,2 metrin VLT ANTU -teleskoopin ISAAC-monitoimilaitteella.
Mira-tyypin muuttuvat tähdet
Tähdistä, jotka näkyvät taivaalla paljaalla silmällä, noin yksi kolmestasadasta tähdestä (0,3 %) osoittaa kirkkauden vaihteluita, ja tähtitieteilijät kutsuvat sitä nimellä ”muuttuva tähti”. Prosenttiosuus on paljon suurempi suurten, viileiden tähtien (”punaiset jättiläiset”) keskuudessa – itse asiassa lähes kaikki tämäntyyppiset kirkkaat tähdet ovat muuttuvia. Tällaisia tähtiä kutsutaan Mira-muuttujiksi; nimi tulee tämän luokan tunnetuimmasta jäsenestä, Omicron Cetistä Cetus-tähdistössä (valas), joka tunnetaan myös nimellä ”Stella Mira” (ihmeellinen tähti). Sen kirkkaus vaihtelee 332 päivän jaksolla, ja se on maksimissaan noin 1500 kertaa kirkkaampi (näkyvä magnitudi 2 ja yksi taivaan viidestäkymmenestä kirkkaimmasta tähdestä) kuin minimissään (magnitudi 10 ja näkyvissä vain pienillä kaukoputkilla) .
Tähdet, kuten Omicron Ceti, ovat elinikänsä loppupuolella. Ne ovat hyvin suuria ja niiden koko vaihtelee muutamasta sadasta noin tuhatkertaiseen Auringon kokoon verrattuna. Kirkkauden vaihtelu johtuu pulsaatioista, joiden aikana tähden lämpötila ja koko muuttuvat dramaattisesti.
Seuraavassa kehitysvaiheessa Mira-muuttujat irtoavat uloimmista kerroksistaan ympäröivään avaruuteen ja tulevat näkyviin planetaarisumuina, joissa kuuma ja kompakti tähti (”valkoinen kääpiö”) on kaasu- ja pölysumun keskellä.
Meiran galaksista tunnetaan tällä hetkellä useita tuhansia Mira-tyyppisiä tähtiä, ja muutama sata on löydetty muista läheisistä galakseista, kuten Magellanin pilvistä.
Erikoinen galaksi Centaurus A
Centaurus A (NGC 5128) on lähin jättiläisgalaksi, noin 13 miljoonan valovuoden etäisyydellä. Se sijaitsee paikallisen galaksiryhmän ulkopuolella, johon oma galaksimme Linnunrata ja sen satelliittigalaksit, Magellanin pilvet, kuuluvat.
Centaurus A näkyy eteläisen Centauruksen tähdistön suuntaan. Se on muodoltaan elliptinen ja sulautuu parhaillaan yhteen seuralaisgalaksin kanssa, mikä tekee siitä yhden taivaan näyttävimmistä kohteista, vrt. ESO Press Photo eso0315 . Sen keskustassa on erittäin raskas musta aukko, ja se on voimakkaan radio- ja röntgensäteilyn lähde.
Tämän tutkimusohjelman aikana Centaurus A:n kahdelta alueelta etsittiin vaihtelevan kirkkauden omaavia tähtiä; ne sijaitsevat tämän erikoisen galaksin reuna-alueilla, ks. eso0315b . Ulompi alue (”kenttä 1”) osuu yhteen tähtikuoren kanssa, jossa on paljon sinisiä ja kirkkaita tähtiä, jotka ovat syntyneet käynnissä olevan galaksin sulautumisen seurauksena; se sijaitsee 57 000 valovuoden etäisyydellä keskuksesta. Sisempi kenttä (”Kenttä 2”) on väkirikkaampi ja sijaitsee noin 30 000 valovuoden etäisyydellä keskuksesta..
Kolme vuotta VLT:n havaintoja
Normaalitilanteessa mikä tahansa ammattitähtitieteilijöiden ryhmä saa käyttää maailman suurimpia teleskooppeja vain hyvin rajoitetun määrän peräkkäisiä öitä vuodessa. Nykyisen kaltaiset laajat muuttuvien tähtien etsinnät vaativat kuitenkin toistuvia, minuuteista tunteihin kestäviä havaintoja kuukausista vuosiin. Tällaisia havaintoja ei siis ole mahdollista tehdä klassisella tavalla, jossa tähtitieteilijät matkustavat teleskoopille joka kerta.
Lahjaksi ESO:n Paranalin observatoriossa (Chile) sijaitsevan VLT:n toimintajärjestelmä on suunniteltu myös tällaiseen pitkäaikaiseen ohjelmaan. Huhtikuun 1999 ja heinäkuun 2002 välisenä aikana 8,2 metrin VLT ANTU -teleskooppia Cerro Paranalilla Chilessä) käytettiin useaan otteeseen huoltotilassa, jotta Centaurus A:n kahdesta kentästä saatiin K-kaistakuvia lähi-infrapuna-alan ISAAC-monitilainstrumentin avulla. Kumpaakin kenttää havainnoitiin yli 20 kertaa kolmen vuoden aikana; osa kuvista saatiin poikkeuksellisissa 0,30 kaarisekunnin seeing-olosuhteissa. Yksi sarja täydentäviä optisia kuvia saatiin FORS1-monitoimilaitteella (myös VLT ANTU:lla) heinäkuussa 1999.
Jokainen ISAAC-laitteella otettu kuva kattaa taivasalueen, jonka koko on 2,5 x 2,5 kaariminuuttia 2. Yhdistetyt kuvat, joiden kokonaisvalotusaika on kestänyt 20 tuntia, ovat todellakin syvimpiä infrapunakuvia, joita on koskaan otettu minkään niinkin kaukana olevan kuin Centaurus A:n halon halosta, joka on etäisyydellä, joka on n. 13 miljoona vuotta.
Tuhannen Mira-muuttujan löytäminen
Kun pitkät havainnot oli saatu valmiiksi, tarvittiin kaksi lisävaihetta Centaurus A:n muuttuvien tähtien tunnistamiseksi .
Ensiksi jokainen ISAAC-kehys käsiteltiin yksitellen tuhansia ja taas tuhansia heikkoja pistemäisiä kuvia (tähtiä), jotka näkyivät näissä kentissä. Seuraavaksi kaikkia kuvia verrattiin käyttämällä erityistä ohjelmistopakettia (”DAOPHOT”) kaikkien näiden tähtien kirkkauden mittaamiseksi eri ruuduissa, ts, ajan funktiona.
Vaikka useimpien tähtien kirkkaus näissä kentissä oli odotetusti vakio, yli 1000 tähdellä havaittiin kirkkauden vaihtelua ajan funktiona; tämä on ylivoimaisesti suurin määrä muuttuvia tähtiä, joita on koskaan löydetty paikallisen galaksiryhmän ulkopuolisesta galaksista.
Tämän valtavan tietopaketin yksityiskohtainen analyysi kesti yli vuoden. Useimpien muuttuvien tähtien todettiin olevan Mira-tyyppisiä ja niiden valokäyrät (kirkkaus pulssiaikana) mitattiin, vrt. ESO Press Photo eso0315 . Kullekin niistä määritettiin ominaisparametrien arvot, jakso (päivinä) ja kirkkauden amplitudi (magnitudina). Luettelo Centaurus A:n hiljattain löydetyistä muuttuvista tähdistä on nyt asetettu tähtitieteellisen yhteisön saataville eurooppalaisen tutkimuslehden Astronomy & Astrophysics
kautta.
Marina Rejkuba on tyytyväinen ja kiitollinen: ”Olemme todella onnekkaita, että olemme toteuttaneet tämän kunnianhimoisen hankkeen näin onnistuneesti. Kaikki riippui ratkaisevasti eri tekijöistä: ESO:n havainto-ohjelmakomitea myönsi toistuvasti ratkaisevan tärkeää havaintoaikaa eri havaintojaksojen aikana tiukassa kansainvälisessä kilpailussa, teleskooppi ja ISAAC-instrumentti olivat vakaita ja luotettavia yli kolmen vuoden ajan, eikä vähäisimpänä mainittakoon Paranalin observatorion henkilökunnan tehokkaasti suorittamien huoltotilahavaintojen erinomainen laatu”.”
Mitä olemme oppineet Centaurus A:sta?
Tämän jättimäisen elliptisen galaksin muuttuvien tähtien nykyinen tutkimus on ensimmäinen laatuaan. Vaikka erittäin laajan havaintoaineiston arviointi on vielä kesken, se on jo johtanut useisiin erittäin hyödyllisiin tieteellisiin tuloksiin.
Keski-ikäisen populaation läsnäolon vahvistaminen
Nykyinen tähtitieteilijäryhmä oli aiempien tutkimustensa (tähtien optiset ja lähi-IR-värimagnitudidiagrammit kenttien tähdistä) perusteella jo aiemmin havainnut keski-ikäisten ja nuorten tähtipopulaatioiden läsnäolon tämän galaksin halossa. Nuorimmat tähdet näyttävät olevan linjassa keskellä olevan massiivisen mustan aukon tuottaman voimakkaan suihkun kanssa.
Jotkut nyt löydetyistä erittäin kirkkaista punaisista muuttuvista tähdistä vahvistavat keski-ikäisten tähtien populaation olemassaolon tämän galaksin halossa. Se edistää myös ymmärrystämme siitä, miten jättimäiset elliptiset galaksit muodostuvat.
Uusi mittaustulos Centaurus A:n etäisyydestä
Mira-tyyppisten muuttuvien tähtien pulssi noudattaa jakson ja valovoiman välistä suhdetta. Mitä pidempi sen jakso on, sitä valovoimaisempi Mira-tyyppinen tähti on.
Tämä tosiasia mahdollistaa Mira-tyyppisten tähtien käyttämisen ”standardikynttilöinä” (kohteet, joiden luontainen valovoima tunnetaan) etäisyysmäärityksissä. Niitä on itse asiassa usein käytetty tällä tavoin mittaamaan tarkkoja etäisyyksiä lähempänä sijaitseviin kohteisiin, esimerkiksi yksittäisiin tähtijoukkoihin ja Linnunratagalaksimme keskukseen, sekä myös Lähiryhmän galakseihin, erityisesti Magellanin pilviin.
Tämä menetelmä toimii erityisen hyvin infrapunamittausten kanssa, ja tähtitieteilijät pystyivät nyt mittaamaan Centaurus A:n etäisyyden tällä uudella tavalla. He löysivät 13,7 ± 1,9 miljoonaa valovuotta, mikä on yleisesti ottaen sopusoinnussa muiden menetelmien kanssa ja siten vahvistaa ne.
Study of stellar population gradients in the halo of a giant elliptical galaxy
Kahdessa tässä tutkitussa kentässä on erilaisia tähtipopulaatioita. Havaitaan selkeä riippuvuus sijainnista (”gradientti”) galaksin sisällä, mikä voi johtua eroista kemiallisessa koostumuksessa tai iässä tai molempien yhdistelmästä.
Tämän gradientin syyn ymmärtäminen antaa lisäohjeita siihen, miten Centaurus A – ja itse asiassa kaikki jättiläiselliptiset elliptiset galaksit – muodostuivat ja ovat sen jälkeen kehittyneet.
Vertailu muihin tunnettuihin lähigalakseihin
Viimeaikaisissa etsinnöissä on löydetty Mira-tyyppisiä muuttuvia tähtiä kaikkialta Linnunradasta, kotigalaksistamme, ja muista Lähiryhmän lähigalakseista. Paikallisessa ryhmässä ei kuitenkaan ole Centaurus A:n kaltaisia jättimäisiä elliptisiä galakseja, ja tämä on ensimmäinen kerta, kun tämäntyyppisiä tähtiä on pystytty tunnistamaan tämäntyyppisistä galakseista.
Tämä tutkimus avaa nyt uuden ikkunan tällaisten galaksien tähtikomponenttien tutkimiseen .
Huomautuksia
Ryhmään kuuluvat Marina Rejkuba ja David Silva (ESO-Garching, Saksa), Tim Bedding (School of Physics and Astronomy, Sydneyn yliopisto, Australia) ja Dante Minniti (Departamento de Astronomía ja FONDAP Center for Astrophysics, Pontifica Universidad Catolica de Chile, Santiago, Chile).
Mira ( Omicron Ceti ), viileä punainen jättiläistähti, on yksi taivaan tunnetuimmista muuttuvista tähdistä. David Fabriciuksen (Itä-Friesland, Saksa) tiedetään löytäneen sen vuonna 1596 etsiessään Merkurius-planeettaa. Vuonna 1638 samalta alueelta kotoisin oleva Johann Holwarda määritteli sen jakson 11 kuukaudeksi ja vakiinnutti sen näin ensimmäiseksi löydetyksi pitkäjaksoiseksi muuttujaksi. Vuonna 1642 Johannes Hevelius (Danzig, nykyinen Puola) antoi tähdelle nimen Mira , ”Ihmeellinen”. Myöhemmin sen on todettu olevan kaksoistähtijärjestelmä. Tämän tähden mukaan on nimetty kokonainen muuttuvien tähtien luokka. Tähtitieteellisen määritelmän mukaan ”Mira-tyyppiset” tähdet ovat muuttuvia tähtiä, joiden jakso on noin 100-1000 päivää ja joiden visuaalinen valonvaihtelu on yli 2,5 magnitudia. .
Lisätietoa
Tässä lehdistötiedotteessa kuvattu tutkimus esitellään tutkimusartikkelissa, joka ilmestyy pian eurooppalaisessa Astronomy & Astrophysics -tutkimuslehdessä (”Long Period Variables in NGC 5128: I. Catalogue”, kirjoittaneet Marina Rejkuba et al.). Se on luettavissa internetissä nimellä astro-ph/0305432 .
Linkit
ISAAC-monitoimilaite ESO:n Paranal-observatorion 8,2-m VLT ANTU -teleskoopissa.
Yhteydet
Marina Rejkuba
ESO
Garching, Saksa
Tel: +49 89 3200-6453
Sähköposti: [email protected]
Yhteydet ESO:n sosiaaliseen mediaan
.