Primo censimento di stelle variabili di tipo Mira-10 giugno 2003
Un team internazionale guidato dall’astronoma dell’ESO Marina Rejkuba ha scoperto più di 1000 luminose stelle variabili rosse nella vicina galassia ellittica Centaurus A (NGC 5128). Le variazioni di luminosità e i periodi di queste stelle sono stati misurati accuratamente e rivelano che si tratta per lo più di stelle variabili fredde di lungo periodo del cosiddetto “tipo Mira”. La variabilità osservata è causata dalla pulsazione stellare. Questa è la prima volta che un censimento dettagliato delle stelle variabili è stato realizzato per una galassia al di fuori del Gruppo Locale di Galassie (di cui la Via Lattea in cui viviamo è un membro). Apre anche una finestra completamente nuova verso lo studio dettagliato del contenuto stellare e dell’evoluzione delle galassie ellittiche giganti. Si presume che questi oggetti massicci giochino un ruolo importante nell’assemblaggio gravitazionale degli ammassi di galassie nell’Universo (specialmente durante le prime fasi). Questo progetto di ricerca senza precedenti si basa su osservazioni nel vicino infrarosso ottenute per più di tre anni con lo strumento multimodale ISAAC al telescopio VLT ANTU da 8,2 m presso l’Osservatorio Paranal dell’ESO.
Stelle variabili di tipo Mira
Tra le stelle visibili in cielo ad occhio nudo, circa una su trecento (0,3%) mostra variazioni di luminosità e viene chiamata dagli astronomi “stella variabile”. La percentuale è molto più alta tra le stelle grandi e fredde (“giganti rosse”) – infatti, quasi tutte le stelle luminose di quel tipo sono variabili. Tali stelle sono conosciute come Mira-variabili; il nome deriva dal membro più importante di questa classe, Omicron Ceti nella costellazione di Cetus (La Balena), conosciuta anche come “Stella Mira” (La Stella meravigliosa). La sua luminosità cambia con un periodo di 332 giorni ed è circa 1500 volte più luminosa al massimo (magnitudine visibile 2 e una delle cinquanta stelle più luminose del cielo) che al minimo (magnitudine 10 e visibile solo in piccoli telescopi).
Stelle come Omicron Ceti sono vicine alla fine della loro vita. Sono molto grandi e hanno dimensioni da poche centinaia a circa mille volte quelle del Sole. La variazione di luminosità è dovuta alle pulsazioni durante le quali la temperatura e le dimensioni della stella cambiano drasticamente.
Nella successiva fase evolutiva, le Mira-variabili si libereranno dei loro strati esterni nello spazio circostante e diventeranno visibili come nebulose planetarie con una stella calda e compatta (una “nana bianca”) al centro di una nebulosa di gas e polvere.
Sono attualmente note diverse migliaia di stelle di tipo Mira nella galassia della Via Lattea e alcune centinaia sono state trovate in altre galassie vicine, comprese le Nubi di Magellano.
La particolare galassia Centaurus A
Centaurus A (NGC 5128) è la galassia gigante più vicina, ad una distanza di circa 13 milioni di anni luce. Si trova al di fuori del Gruppo Locale di Galassie a cui appartengono la nostra galassia, la Via Lattea, e le sue galassie satellite, le Nubi di Magellano.
Centauro A si vede in direzione della costellazione del Centauro meridionale. È di forma ellittica e si sta attualmente fondendo con una galassia compagna, rendendola uno degli oggetti più spettacolari del cielo, cfr. ESO Press Photo eso0315 . Possiede un buco nero molto pesante al suo centro ed è una fonte di forti emissioni radio e raggi X.
Durante il presente programma di ricerca, due regioni in Centaurus A sono state cercate per stelle di luminosità variabile; esse si trovano nella periferia di questa particolare galassia, cfr. eso0315b . Un campo esterno (“Campo 1”) coincide con un guscio stellare con molte stelle blu e luminose prodotte dalla fusione di galassie in corso; si trova ad una distanza di 57.000 anni luce dal centro. Il campo più interno (“Campo 2”) è più affollato e si trova a una distanza prevista di circa 30.000 anni luce dal centro..
Tre anni di osservazioni del VLT
In circostanze normali, qualsiasi team di astronomi professionisti avrà accesso ai più grandi telescopi del mondo solo per un numero molto limitato di notti consecutive ogni anno. Tuttavia, ricerche estese di stelle variabili come questa richiedono osservazioni ripetute della durata di minuti-ore per periodi di mesi-anni. Non è quindi fattibile eseguire tali osservazioni nel modo classico in cui gli astronomi si recano ogni volta al telescopio.
Fortunatamente, il sistema operativo del VLT all’Osservatorio Paranal dell’ESO (Cile) è orientato a comprendere anche questo tipo di programma a lungo termine. Tra l’aprile 1999 e il luglio 2002, il telescopio VLT ANTU da 8,2 m su Cerro Paranal in Cile) è stato utilizzato in modalità di servizio in molte occasioni per ottenere immagini in banda K dei due campi in Centaurus A per mezzo dello strumento multimodale ISAAC nel vicino infrarosso. Ogni campo è stato osservato più di 20 volte nel corso di questo periodo di tre anni; alcune delle immagini sono state ottenute durante condizioni eccezionali di seeing di 0,30 arcsec. Una serie di immagini ottiche complementari è stata ottenuta con lo strumento multimodale FORS1 (anch’esso sul VLT ANTU) nel luglio 1999.
Ogni immagine dello strumento ISAAC copre un campo di cielo che misura 2,5 x 2,5 arcmin 2. Le immagini combinate, che comprendono un’esposizione totale di 20 ore, sono effettivamente le più profonde immagini infrarosse mai realizzate dell’alone di qualsiasi galassia distante quanto Centaurus A, circa 13 milioni di anni luce.
Scoprire mille variabili Mira
Una volta completate le lunghe osservazioni, sono stati necessari due ulteriori passaggi per identificare le stelle variabili in Centaurus A.
In primo luogo, ogni fotogramma ISAAC è stato elaborato individualmente per identificare le migliaia e migliaia di deboli immagini puntiformi (stelle) visibili in questi campi. Successivamente, tutte le immagini sono state confrontate utilizzando uno speciale pacchetto software (“DAOPHOT”) per misurare la luminosità di tutte queste stelle nei diversi frame, cioè, come funzione del tempo.
Mentre la maggior parte delle stelle in questi campi, come previsto, sono risultate avere una luminosità costante, più di 1000 stelle hanno mostrato variazioni di luminosità con il tempo; questo è di gran lunga il più grande numero di stelle variabili mai scoperto in una galassia al di fuori del Gruppo Locale di Galassie.
L’analisi dettagliata di questo enorme set di dati ha richiesto più di un anno. La maggior parte delle stelle variabili sono state trovate di tipo Mira e le loro curve di luce (luminosità nel periodo di pulsazione) sono state misurate, cfr. ESO Press Photo eso0315 . Per ciascuna di esse sono stati determinati i valori dei parametri caratterizzanti, il periodo (giorni) e l’ampiezza di luminosità (magnitudini). Un catalogo delle nuove stelle variabili scoperte in Centaurus A è stato ora messo a disposizione della comunità astronomica attraverso la rivista di ricerca europea Astronomy & Astrophysics.
Marina Rejkuba è felice e grata: “Siamo davvero molto fortunati ad aver portato a termine con successo questo ambizioso progetto. Tutto è dipeso criticamente da diversi fattori: la ripetuta concessione di tempo di osservazione cruciale da parte del comitato dei programmi di osservazione dell’ESO in diversi periodi di osservazione a fronte di una rigorosa concorrenza internazionale, la stabilità e l’affidabilità del telescopio e dello strumento ISAAC in un periodo di più di tre anni e, non da ultimo, l’eccellente qualità delle osservazioni in modalità di servizio, così efficientemente eseguite dal personale dell’Osservatorio del Paranal.”
Cosa abbiamo imparato su Centaurus A?
Il presente studio delle stelle variabili in questa galassia ellittica gigante è il primo del suo genere. Sebbene la valutazione del vastissimo materiale di dati osservativi non sia ancora terminata, ha già portato ad una serie di risultati scientifici molto utili.
Conferma della presenza di una popolazione di età intermedia
Basandosi su ricerche precedenti (diagrammi di magnitudine-colore ottici e quasi-IR delle stelle nei campi), l’attuale team di astronomi aveva già rilevato la presenza di popolazioni stellari di età intermedia e giovani nell’alone di questa galassia. Le stelle più giovani sembrano essere allineate con il potente getto prodotto dal massiccio buco nero al centro.
Alcune delle stelle variabili rosse molto luminose ora scoperte confermano la presenza di una popolazione di stelle di età intermedia nell’alone di questa galassia. Contribuisce anche alla nostra comprensione di come si formano le galassie ellittiche giganti.
Nuova misura della distanza di Centaurus A
La pulsazione delle stelle variabili di tipo Mira obbedisce a una relazione periodo-luminosità. Più lungo è il suo periodo, più luminosa è una stella di tipo Mira.
Questo fatto rende possibile utilizzare le stelle di tipo Mira come “candele standard” (oggetti di luminosità intrinseca nota) per la determinazione della distanza. Infatti sono state spesso usate in questo modo per misurare distanze precise da oggetti più vicini, per esempio da singoli ammassi di stelle e dal centro della nostra galassia Via Lattea, e anche da galassie del Gruppo Locale, in particolare le Nubi di Magellano.
Questo metodo funziona particolarmente bene con le misure all’infrarosso e gli astronomi sono stati in grado di misurare la distanza di Centaurus A in questo nuovo modo. Hanno trovato 13,7 ± 1,9 milioni di anni luce, in accordo generale e quindi confermando altri metodi.
Studio dei gradienti di popolazione stellare nell’alone di una galassia ellittica gigante
I due campi qui studiati contengono diverse popolazioni di stelle. Si osserva una chiara dipendenza dalla posizione (un “gradiente”) all’interno della galassia, che può essere dovuto a differenze nella composizione chimica o nell’età, o a una combinazione di entrambi.
Comprendere la causa di questo gradiente fornirà ulteriori indizi su come Centaurus A – e in effetti tutte le galassie ellittiche giganti – si è formato e si è evoluto.
Confronto con altre note galassie vicine
Le ricerche passate hanno scoperto stelle variabili di tipo Mira in tutta la Via Lattea, la nostra galassia, e in altre galassie vicine del Gruppo Locale. Tuttavia, non ci sono galassie ellittiche giganti come Centaurus A nel Gruppo Locale e questa è la prima volta che è stato possibile identificare questo tipo di stelle in quel tipo di galassia.
La presente ricerca apre ora una nuova finestra verso gli studi dei costituenti stellari di tali galassie.
Note
Il team è composto da Marina Rejkuba e David Silva (ESO-Garching, Germania), Tim Bedding (School of Physics and Astronomy, Sydney University, Australia) e Dante Minniti (Departamento de Astronomía e FONDAP Center for Astrophysics, Pontifica Universidad Catolica de Chile, Santiago, Chile).
Mira ( Omicron Ceti ), una stella gigante rossa fredda, è una delle più famose stelle variabili del cielo. David Fabricius (East Friesland, Germania) è riconosciuto per averla scoperta nel 1596 mentre cercava il pianeta Mercurio. Nel 1638, Johann Holwarda della stessa zona determinò che il suo periodo era di 11 mesi e la stabilì come la prima variabile di lungo periodo scoperta. Nel 1642, Johannes Hevelius (Danzica, ora Polonia) chiamò la stella Mira, “La meravigliosa”. In seguito si è scoperto che si tratta di un sistema stellare binario. Un’intera classe di stelle variabili ha preso il nome da questa stella. Per definizione astronomica, le stelle “tipo Mira” sono variabili con un periodo di circa 100 – 1000 giorni e con variazioni di luce visiva di più di 2,5 magnitudini. .
Più informazioni
La ricerca descritta in questo comunicato stampa è presentata in un articolo di ricerca, che apparirà presto nella rivista di ricerca europea Astronomy & Astrophysics (“Long Period Variables in NGC 5128: I. Catalogue” di Marina Rejkuba et al.) E’ disponibile sul web come astro-ph/0305432.
Links
Lo strumento multimodale ISAAC al telescopio VLT ANTU da 8,2 m all’Osservatorio Paranal dell’ESO.
Contatti
Marina Rejkuba
ESO
Garching, Germania
Tel: +49 89 3200-6453
Email: [email protected]
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