Primul recensământ de până acum al miracolelor variabile-Type Stars in Galaxy Outside the Local Group
10 Iunie 2003
O echipă internațională condusă de astronomul Marina Rejkuba de la ESO a descoperit mai mult de 1000 de stele variabile roșii luminoase în galaxia eliptică Centaurus A (NGC 5128) din apropiere. Modificările de luminozitate și perioadele acestor stele au fost măsurate cu exactitate și relevă faptul că acestea sunt, în cea mai mare parte, stele variabile reci cu perioadă lungă, de așa-numitul „tip Mira”. Variabilitatea observată este cauzată de pulsația stelară. Aceasta este prima dată când a fost realizat un recensământ detaliat al stelelor variabile pentru o galaxie din afara Grupului Local de Galaxii (din care face parte galaxia Calea Lactee în care trăim). De asemenea, deschide o fereastră complet nouă către studiul detaliat al conținutului stelar și al evoluției galaxiilor eliptice gigantice . Se presupune că aceste obiecte masive joacă un rol major în asamblarea gravitațională a roiurilor de galaxii din Univers (în special în fazele timpurii). Acest proiect de cercetare fără precedent se bazează pe observații în infraroșu apropiat obținute pe parcursul a mai mult de trei ani cu instrumentul multimodal ISAAC la telescopul VLT ANTU de 8,2 m de la Observatorul ESO Paranal.
Stele variabile de tip Mira
Printre stelele care sunt vizibile pe cer cu ochiul liber, aproximativ una din trei sute (0,3%) prezintă variații de luminozitate și este denumită de astronomi „stea variabilă”. Procentul este mult mai mare în rândul stelelor mari și reci („gigantice roșii”) – de fapt, aproape toate stelele luminoase de acest tip sunt variabile. Astfel de stele sunt cunoscute sub numele de Mira-variabile ; numele provine de la cel mai proeminent membru al acestei clase, Omicron Ceti din constelația Cetus (Balena), cunoscută și sub numele de „Stella Mira” (Steaua minunată). Strălucirea sa se schimbă cu o perioadă de 332 de zile și este de aproximativ 1500 de ori mai strălucitoare la maxim (magnitudine vizibilă 2 și una dintre cele mai strălucitoare cincizeci de stele de pe cer) decât la minim (magnitudine 10 și vizibilă doar în telescoape mici) .
Stele ca Omicron Ceti se apropie de sfârșitul vieții lor. Ele sunt foarte mari și au dimensiuni de la câteva sute până la aproximativ o mie de ori mai mari decât cea a Soarelui. Variația luminozității se datorează pulsațiilor în timpul cărora temperatura și dimensiunea stelei se schimbă dramatic.
În următoarea fază evolutivă, Mira-variabilele își vor pierde straturile exterioare în spațiul înconjurător și vor deveni vizibile ca nebuloase planetare cu o stea fierbinte și compactă (o „pitică albă”) în mijlocul unei nebuloase de gaz și praf.
Câteva mii de stele de tip Mira sunt cunoscute în prezent în galaxia Calea Lactee și câteva sute au fost găsite în alte galaxii apropiate, inclusiv în Norii lui Magellan.
Galaxia ciudată Centaurus A
Centaurus A (NGC 5128) este cea mai apropiată galaxie gigantică, la o distanță de aproximativ 13 milioane de ani-lumină. Este situată în afara Grupului Local de Galaxii din care fac parte galaxia noastră, Calea Lactee, și galaxiile sale satelit, Norii lui Magellanic.
Centaurus A se vede în direcția constelației sudice Centaurus. Are o formă eliptică și în prezent fuzionează cu o galaxie companion, ceea ce îl face unul dintre cele mai spectaculoase obiecte de pe cer, cf. ESO Press Photo eso0315 . Ea posedă o gaură neagră foarte grea în centrul său și este o sursă de puternice emisii radio și de raze X.
În timpul prezentului program de cercetare, două regiuni din Centaurus A au fost căutate pentru stele de luminozitate variabilă; ele sunt situate la periferia acestei galaxii deosebite, cf. eso0315b . Un câmp exterior („Câmpul 1”) coincide cu un înveliș stelar cu multe stele albastre și luminoase produse de fuziunea în curs a galaxiei; acesta se află la o distanță de 57.000 de ani-lumină de centru. Câmpul interior („Câmpul 2”) este mai aglomerat și este situat la o distanță proiectată de aproximativ 30.000 de ani-lumină de centru.
Trei ani de observații VLT
În condiții normale, orice echipă de astronomi profesioniști va avea acces la cele mai mari telescoape din lume doar pentru un număr foarte limitat de nopți consecutive în fiecare an. Cu toate acestea, căutările extinse de stele variabile precum cea de față necesită observații repetate care durează de la câteva minute până la câteva ore pe perioade de luni până la ani. Prin urmare, nu este fezabil să se efectueze astfel de observații în modul clasic în care astronomii se deplasează de fiecare dată la telescop.
Din păcate, sistemul operațional al VLT de la Observatorul Paranal al ESO (Chile) este, de asemenea, orientat să cuprindă acest tip de program pe termen lung. Între aprilie 1999 și iulie 2002, telescopul VLT ANTU de 8,2 m de pe Cerro Paranal (Chile) a fost operat în modul de serviciu în mai multe rânduri pentru a obține imagini în banda K ale celor două câmpuri din Centaurus A cu ajutorul instrumentului multimodal ISAAC în infraroșu apropiat. Fiecare câmp a fost observat de peste 20 de ori în decursul acestei perioade de trei ani ; unele dintre imagini au fost obținute în condiții excepționale de seeing de 0,30 arcsec. Un set de imagini optice complementare a fost obținut cu ajutorul instrumentului multimodal FORS1 (tot pe VLT ANTU) în iulie 1999.
Care imagine a instrumentului ISAAC acoperă un câmp ceresc care măsoară 2,5 x 2,5 arcmin 2. Imaginile combinate, care cuprind o expunere totală de 20 de ore, sunt într-adevăr cele mai profunde imagini în infraroșu realizate vreodată ale haloului oricărei galaxii atât de îndepărtate ca Centaurus A, aproximativ 13 milioane de ani lumină.
Descoperirea a o mie de variabile Mira
După ce observațiile îndelungate au fost finalizate, au fost necesare două etape suplimentare pentru a identifica stelele variabile din Centaurus A .
În primul rând, fiecare cadru ISAAC a fost procesat individual pentru a identifica miile și miile de imagini punctiforme slabe (stele) vizibile în aceste câmpuri. Apoi, toate imaginile au fost comparate cu ajutorul unui pachet software special („DAOPHOT”) pentru a măsura luminozitatea tuturor acestor stele în diferitele cadre, adică, în funcție de timp.
În timp ce majoritatea stelelor din aceste câmpuri, așa cum era de așteptat, s-a constatat că au o luminozitate constantă, mai mult de 1000 de stele au prezentat variații ale luminozității în timp; acesta este de departe cel mai mare număr de stele variabile descoperite vreodată într-o galaxie din afara Grupului Local de Galaxii.
Analiza detaliată a acestui enorm set de date a durat mai mult de un an. S-a constatat că majoritatea stelelor variabile sunt de tip Mira și au fost măsurate curbele lor de lumină (luminozitatea pe perioada de pulsație), cf. ESO Press Photo eso0315 . Pentru fiecare dintre ele au fost determinate valorile parametrilor care le caracterizează, perioada (zile) și amplitudinea luminozității (magnitudini). Un catalog al stelelor variabile nou descoperite în Centaurus A a fost pus acum la dispoziția comunității astronomice prin intermediul revistei europene de cercetare Astronomy & Astrophysics.
Marina Rejkuba este încântată și recunoscătoare: „Suntem cu adevărat foarte norocoși că am realizat acest proiect ambițios cu atât de mult succes. Totul a depins în mod critic de diferiți factori: acordarea repetată de timp de observare crucial de către Comitetul pentru Programe de Observare al ESO în diferite perioade de observare în fața unei competiții internaționale riguroase, stabilitatea și fiabilitatea telescopului și a instrumentului ISAAC pe o perioadă de peste trei ani și, nu în ultimul rând, calitatea excelentă a observațiilor în modul de serviciu, atât de eficient realizată de personalul de la Observatorul Paranal.”
Ce am învățat despre Centaurus A?
Studiul de față al stelelor variabile din această galaxie eliptică gigantică este primul de acest gen de până acum. Deși evaluarea materialului foarte mare de date observaționale nu este încă finalizată, ea a condus deja la o serie de rezultate științifice foarte utile.
Confirmarea prezenței unei populații de vârstă intermediară
Bazându-se pe cercetări anterioare (diagrame culoare-magnitudine optice și în infraroșu apropiat ale stelelor din câmpuri), echipa actuală de astronomi a detectat anterior prezența unor populații stelare de vârstă intermediară și tinere în haloul acestei galaxii. Cele mai tinere stele par a fi aliniate cu puternicul jet produs de gaura neagră masivă din centru.
Câteva dintre stelele variabile roșii foarte luminoase descoperite acum confirmă prezența unei populații de stele de vârstă intermediară în haloul acestei galaxii. De asemenea, contribuie la înțelegerea modului în care se formează galaxiile eliptice gigantice.
Nouă măsurătoare a distanței până la Centaurus A
Pulsația stelelor variabile de tip Mira ascultă de o relație perioadă-luminozitate. Cu cât perioada sa este mai lungă, cu atât mai luminoasă este o stea de tip Mira.
Acest fapt face posibilă utilizarea stelelor de tip Mira ca „lumânări standard” (obiecte cu luminozitate intrinsecă cunoscută) pentru determinarea distanțelor. De fapt, ele au fost adesea folosite în acest mod pentru a măsura distanțe precise față de obiecte mai apropiate, de exemplu, față de roiuri individuale de stele și față de centru în galaxia noastră Calea Lactee, precum și față de galaxiile din Grupul Local, în special Norii lui Magellan.
Această metodă funcționează deosebit de bine cu măsurătorile în infraroșu, iar astronomii au putut acum să măsoare distanța față de Centaurus A în acest nou mod. Ei au găsit 13,7 ± 1,9 milioane de ani-lumină, în concordanță generală cu și confirmând astfel alte metode.
Studiul gradienților de populație stelară în haloul unei galaxii eliptice gigantice
Cele două câmpuri studiate aici conțin populații diferite de stele. Se observă o dependență clară de locație (un „gradient”) în cadrul galaxiei, care se poate datora diferențelor de compoziție chimică sau de vârstă, sau unei combinații a celor două.
Înțelegerea cauzei acestui gradient va oferi indicii suplimentare cu privire la modul în care Centaurus A – și, de fapt, toate galaxiile eliptice gigantice – s-a format și a evoluat de atunci.
Comparație cu alte galaxii apropiate bine cunoscute
Cercetările anterioare au descoperit stele variabile de tip Mira în toată Calea Lactee, galaxia noastră natală, și în alte galaxii apropiate din Grupul Local. Cu toate acestea, nu există galaxii eliptice gigantice precum Centaurus A în Grupul Local și aceasta este prima dată când a fost posibilă identificarea acestui tip de stele în acest tip de galaxie.
Această investigație deschide acum o nouă fereastră spre studiile constituenților stelare din astfel de galaxii .
Note
Echipa este formată din Marina Rejkuba și David Silva (ESO-Garching, Germania), Tim Bedding (School of Physics and Astronomy, Sydney University, Australia) și Dante Minniti (Departamento de Astronomía și FONDAP Center for Astrophysics, Pontifica Universidad Catolica de Chile, Santiago, Chile).
Mira ( Omicron Ceti ), o stea gigantică roșie rece, este una dintre cele mai cunoscute stele variabile de pe cer. David Fabricius (East Friesland, Germania) este recunoscut ca fiind cel care a descoperit-o în 1596, în timp ce căuta planeta Mercur. În 1638, Johann Holwarda, din aceeași zonă, a determinat că perioada sa este de 11 luni și a stabilit-o astfel ca fiind prima variabilă cu perioadă lungă descoperită. În 1642, Johannes Hevelius (Danzig, în prezent Polonia) a numit steaua Mira , „Cea minunată”. Ulterior s-a constatat că este un sistem stelar binar. O întreagă clasă de stele variabile a fost numită după această stea. Conform definiției astronomice, stelele „de tip Mira” sunt stele variabile cu o perioadă de aproximativ 100 – 1000 de zile și cu variații luminoase vizuale de peste 2,5 magnitudini. .
Mai multe informații
Cercetarea descrisă în acest comunicat de presă este prezentată într-un articol de cercetare, care va apărea în curând în revista europeană de cercetare Astronomy & Astrophysics („Long Period Variables in NGC 5128: I. Catalogue” de Marina Rejkuba et al.). Acesta este disponibil pe web ca astro-ph/0305432 .
Links
Instrumentul multimodal ISAAC la telescopul VLT ANTU de 8,2 m de la Observatorul ESO Paranal.
Contactează
Marina Rejkuba
ESO
Garching, Germania
Tel: +49 89 3200-6453
Email: [email protected]
Conectează-te cu ESO pe rețelele de socializare
.