logo_oauw
logo_uw

OGLE-LMC-CEP-0227

2010-11-24 18:27

OGLE-LMC-CEP-0227: Pierwsza precyzyjnie zważona cefeida klasyczna

Międzynarodowy zespół naukowców kierowany przez prof. Grzegorza Pietrzyńskiego z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego ogłosił na łamach prestiżowego tygodnika naukowego Nature wyniki kilkuletnich badań unikalnego systemu gwiazdowego znajdującego się w pobliskiej galaktyce – Wielkim Obłoku Magellana. Układ ten składa się z dwóch wielkich, związanych siłami grawitacyjnymi gwiazd nazywanych przez astronomów olbrzymami, krążących po orbitach wokół środka masy układu z okresem 310 dni.

Tego typu układów jest we Wszechświecie sporo i odkrycie kolejnego nie byłoby niczym szczególnym. Jednak analizowany system jest ze wszech miar unikalny. Jednym z jego składników jest bowiem gwiazda zmienna zaliczana do klasy gwiazd pulsujących nazywanych przez astronomów klasycznymi cefeidami.

Cefeidy, to grupa gwiazd, których nazwa pochodzi od jednej z pierwszych odkrytych gwiazd tego typu znajdującej się w gwiazdozbiorze Cefeusza. W pewnym etapie życia – gdy gwiazda osiąga rozmiary kilkadziesiąt razy większe niż Słońce – wytwarzają się w nich warunki sprzyjające powstawaniu pulsacji zewnętrznych warstw. Okresowym, kilkuprocentowym zmianom ulega promień gwiazdy, temperatura powierzchni, a w rezultacie obserwator rejestruje charakterystyczne, okresowe zmiany jasności gwiazdy. Mimo że obiekty tego typu znane są już od setek lat, nadal kryją w sobie wiele nierozstrzygniętych zagadek.

W 1968 roku zwrócono uwagę na to, że masy cefeid, które są podstawowym parametrem determinującym ich własności i przyszłe losy, przewidywane przez teorie ewolucji i pulsacji gwiazd różnią się o około 20%. Niezgodność ta spędzała astronomom sen z oczu, gdyż jasno wskazywała na nieprawidłowości w naszym rozumieniu fizyki gwiazd. Rozwiązaniem problemu mógłby być niezależny, bezpośredni pomiar mas cefeid. Niestety, wszystkie dotychczasowe próby pomiaru mas cefeid obarczone były bardzo dużymi błędami sięgającymi 30%. Nie pozwoliły więc rozstrzygnąć, która teoria przewiduje poprawną masę tych obiektów. Problem związany z masami cefeid pozostawał nierozwiązany przez ponad 40 lat.

Cefeidy są obecnie jednymi z najważniejszych obiektów astronomicznych. Od ponad wieku ich obserwacje dostarczają bezcennych informacji o teorii ewolucji gwiazd, ale przede wszystkim, cefeidy służą do pomiaru odległości we Wszechświecie, jako tzw. wzorce odległości (świece standardowe w nomenklaturze astronomicznej). Dlatego pełne zrozumienie fizyki tych gwiazd jest niezmiernie istotne dla wielu dziedzin astronomii, a zwłaszcza dla ustalenia precyzyjnej skali odległości we Wszechświecie.

Przełom w badaniach związanych z wyznaczaniem mas cefeid nastąpił w 2008 roku, gdy kierowany przez prof. Andrzeja Udalskiego z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego, zespół projektu OGLE odkrył bardzo szczególny układ dwóch gwiazd. W układzie tym, katalogowo nazwanym OGLE-LMC-CEP-0227, cefeida wraz z drugą gwiazdą okrążają się nawzajem. Ponieważ kąt, pod jakim obserwujemy ten układ jest dostatecznie duży – obserwujemy również cykliczne zmiany jasności układu spowodowane zakrywaniem cefeidy przez jej towarzysza i na odwrót – czyli zaćmienia. To pierwszy znany system zaćmieniowy zawierający klasyczną cefeidę.

W przypadku układów zaćmieniowych gwiazd w oparciu o zaobserwowane zmiany jasności oraz pomiary prędkości gwiazd na orbicie, stosując bardzo proste prawa fizyki, można z doskonałą precyzją, ograniczoną jedynie dokładnością obserwacji, wyznaczać podstawowe parametry gwiazd, w tym ich masę.

Precyzyjne pomiary zmian jasności odkrytego obiektu zostały zebrane przez projekt OGLE w ciągu kilkunastoletniego monitorowania dziesiątków milionów gwiazd w Wielkim Obłoku Magellana. Do wyznaczenia masy potrzebne były tylko pomiary prędkości składników, które, by uzyskać maksymalną dokładność, musiały być wykonane przy użyciu największych teleskopów.

Tę część projektu i ostateczną analizę układu zrealizowano w ramach międzynarodowego projektu Araucaria, którego jednym z liderów jest prof. Pietrzyński. Do wykonania szeregu bardzo dokładnych pomiarów prędkości obydwu składników użyto 6.5 m teleskopu Magellana w obserwatorium Las Campanas w Chile oraz 3.6 m teleskopu ESO w La Silla w Chile wyposażonych w najdokładniejsze na świecie spektrografy.

Wyznaczona masa cefeidy w systemie OGLE-LMC-CEP-0227 okazała się 4.17 razy większa od masy Słońca, a osiągnięta precyzja pomiaru jest rzędu jednego procenta. To dokładność mniej więcej taka, z jaką kontrolujemy swoją wagę na wadze łazienkowej, a pamiętać trzeba, że „ważenie” gwiazdy dokonywane jest z odległości 160 tysięcy lat świetlnych.

Porównanie tego tak precyzyjnego wyniku pomiaru masy z rozważaniami teoretycznymi pozwala rozwiązać wieloletni problem związany z masami cefeid. Okazuje się, że masy cefeid przewidywane przez teorię ewolucji gwiazd są o 20% zbyt duże. Teoria pulsacji gwiazd przewiduje je dużo dokładniej.

Wyznaczenie masy cefeidy to dopiero pierwszy krok w badaniach systemu OGLE-LMC-CEP-0227. Dalsze dodatkowe obserwacje powinny przynieść szereg ciekawych wyników dotyczących budowy i fizyki cefeid, ale przede wszystkim pozwolić dokładnie skalibrować zależność okres-jasność cefeid, będącą podstawą pomiaru odległości we Wszechświecie.

Precyzyjne ważenie i wyznaczanie innych parametrów tych niezwykle ważnych dla współczesnej astrofizyki gwiazd będzie kontynuowane przez polskich astronomów w najbliższych latach. W opracowywanym  pod kierunkiem dr. hab. Igora Soszyńskiego, współautora pracy, największego na świecie katalogu nowoodkrytych przez projekt OGLE gwiazd zmieniających jasność jest wiele kandydatek do dalszych dokładnych badań.

Cały Katalog będzie liczył w sumie ponad milion nowych obiektów zmiennych. To o ponad rząd wielkości więcej niż dotychczas znano. Na przykład w Obłokach Magellana odkrylto już ponad sto tysięcy różnego typu gwiazd pulsujących, w tym kilka nieznanych dotąd cefeid w układach zaćmieniowych podobnych do OGLE-LMC-CEP-0227. Pierwsze wykonane już pomiary prędkości wskazują, że będą to kolejne świetne obiekty do precyzyjnego ich ważenia i wyznaczania innych parametrów fizycznych.

Projekt OGLE (http://ogle.astrouw.edu.pl) to jeden z największych przeglądów nieba na świecie prowadzony w Obserwatorium Las Campanas w Chile od blisko dwudziestu lat przez polskich astronomów z Obserwatorium Astronomicznego UW. Projekt ma na swym koncie regularne, głośne w skali światowej odkrycia w wielu najważniejszych dziedzinach współczesnej astrofizyki jak poszukiwanie planet pozasłonecznych, mikrosoczewkowanie grawitacyjne, budowa Galaktyki, astronomia gwiazdowa czy ostatnio poszukiwanie planet karłowatych w Układzie Słonecznym. M.in. kształt zależności okres-jasność cefeid, służącej do wyznaczania odległości we Wszechświecie, wyznaczony na podstawie wyników projektu OGLE jest podstawą kosmicznej skali odległości.

Projekt Araucaria (https://sites.google.com/site/araucariaproject/home) prowadzony we współpracy z astronomami z Chile, USA i Włoch ma na celu ustalenie precyzyjnej skali odległości we Wszechświecie. W ostatnich latach zasłynął dokładnymi wyznaczeniami odległości do pobliskich galaktyk, w tym wzorca odległości we Wszechświecie – Wielkiego Obłoku Magellana. Lider zespołu – prof. Grzegorz Pietrzyński – wyróżniony został ostatnio prestiżowym grantem naukowym w programie TEAM Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej przeznaczonym na dalszy rozwój badań i zespołu badawczego.

W zespole analizującym układ OGLE-LMC-CEP-0227 znalazło się jeszcze dwóch astronomów z Polski: dr Dariusz Graczyk i dr Bogumił Pilecki (do niedawna doktorant w Obserwatorium Astronomicznym UW) pracujący obecnie w zespole projektu Araucaria w Uniwersytecie w Concepcion w Chile. Praca opisująca wyniki badań układu opublikowana została w tygodniku naukowym Nature:

G. Pietrzyński, I.B. Thompson, W. Gieren, D. Graczyk, G. Bono, A. Udalski, I. Soszyński, D. Minitti, B. Pilecki 2010, „The dynamical mass of a classical Cepheid variable star in an eclipsing binary system”, Nature, 468, 542.


Praca o odkryciu układu OGLE-LMC-CEP-0227 opublikowana została w kwartalniku Acta Astronomica:

I. Soszyński, R. Poleski, A. Udalski, M.K. Szymański, M. Kubiak, G. Pietrzyński, Ł. Wyrzykowski, O. Szewczyk and K. Ulaczyk 2008, „The Optical Gravitational Lensing Experiment. The OGLE-III Catalog of Variable Stars. I. Classical Cepheids in the Large Magellanic Cloud” 2008, Acta Astronomica, 58, 163.


Zdjęcie: Układ podwójny OGLE-LMC-CEP-0227 w trakcie zaćmienia. Zdjęcie Wielkiego Obłoku Magellana w tle wykonane przez Michała Żołnowskiego.

Skip to content