Komunikat prasowy

Mierzenie Wszechświata jeszcze dokładniej niż kiedykolwiek

Nowe wyniki ustalają odległość do sąsiedniej galaktyki

6 marca 2013

Po prawie dekadzie starannych obserwacji międzynarodowy zespół astronomów zmierzył dystans do sąsiedniej galaktyki, Wielkiego Obłoku Magellana, dokładniej niż to było czynione do tej pory. Nowe pomiary polepszają także naszą wiedzę o tempie rozszerzania się Wszechświata – stałej Hubble’a – i są kluczowym krokiem w kierunku zrozumienia natury tajemniczej ciemnej energii, która wywołuje przyspieszanie ekspansji Wszechświata. Zespół użył teleskopów z Obserwatorium ESO La Silla w Chile, a także innych instrumentów na całym świecie. Wyniki ukażą się 7 marca 2013 r. w czasopiśmie Nature.

Astronomowie badają skalę Wszechświata najpierw mierząc odległości do bliskich obiektów, a następnie używając ich jako świec standardowych [1] do ustalenia dystansów coraz dalej w kosmosie. Ale ten łańcuch jest na tyle dokładnych, na ile jego najsłabsze ogniwo. Do tej pory wyznaczanie dokładnej odległości do Wielkiego Obłoku Magellana (LMC), jednej z najbliższych galaktyk względem Drogi Mlecznej, okazywało się trudne. A ponieważ gwiazdy z tej galaktyki są wykorzystywane do kalibrowania skali odległości dla dalej położonych galaktyk, ma to szczególne istotne znaczenie.

Staranne obserwacje gwiazdy podwójnej rzadkiego typu pozwoliły zespołowi astronomów na wydedukowanie znacznie precyzyjniejszej wartości odległości do Wielkiego Obłoku Magellana: 163 000 lat świetlnych.

„Jestem bardzo podekscytowany, ponieważ astronomowie od setek lat próbowali dokładnie zmierzyć odległość do Wielkiego Obłoku Magellana i okazywało się to niezmiernie trudnym zadaniem” powiedział Wolfgang Gieren (Universidad de Concepción, Chile), jeden z liderów zespołu. „Udało nam się rozwiązać ten problem uzyskując dokładność 2%.”

Poprawki w wyznaczaniu odległości do Wielkiego Obłoku Magellana dają także lepsze wyznaczenia odległości do wielu cefeid [2]. Te jasne, pulsujące gwiazdy są wykorzystywane jako świece standardowe do mierzenia odległości do znacznie dalszych galaktyk i wyznaczenia tempa rozszerzania się Wszechświata – stałej Hubble’a. A ta z kolei stanowi podstawę do mierzenia Wszechświata aż do najodleglejszych galaktyk, które można dostrzec za pomocą współczesnych teleskopów. Tak więc, dokładniej wyznaczona odległość do Wielkiego Obłoku Magellana automatycznie redukuje niedokładności w obecnych pomiarach odległości kosmologicznych.

Astronomowie wyznaczyli dystans do Wielkiego Obłoku Magellana obserwując rzadką bliską parę gwiazd, znanych jako układ podwójny zaćmieniowy [3]. Gdy gwiazdy te okrążają się nawzajem, przechodzą naprzemiennie przed sobą. Gdy następuje taki moment, obserwacje z Ziemi wskazują na spadek całkowitej jasności, zarówno gdy jedna gwiazda przechodzi przed drugą, jak i w przypadku gdy przemieszcza się z tyłu za nią (spadki jasności mogą być różne w obu przypadkach). [4]

Bardzo dokładne śledzenie tych zmian w jasności, a także mierzenie orbitalnych prędkości gwiazd, umożliwia ustalenie jak duże są gwiazdy, jakie mają masy i różnych informacji o orbitach obiektów. Gdy dane te połączy się ze starannymi pomiarami całkowitej jasności i kolorów gwiazd [5] można zadziwiająco dokładnie wyznaczyć odległość.

Metody tej używano już wcześniej, ale w przypadku gorących gwiazd. Jednak musiały być przyjęte pewne założenia, co powodowało, że odległości nie były na tyle dokładne, na ile oczekiwano. Ale teraz po raz pierwszy zidentyfikowano osiem niesłychanie rzadkich układów podwójnych zaćmieniowych, w których obie gwiazdy są chłodniejszymi czerwonymi olbrzymami [6].Gwiazdy te zbadano bardzo dokładnie i znacznie precyzyjniej wyznaczono odległości – z dokładnością do około 2%.

„ESO dostarczyło perfekcyjnego zestawu teleskopów i instrumentów do obserwacji potrzebnych dla naszego projektu: HARPS dla ekstremalnie dokładnych prędkości radialnych względnie słabych gwiazd, SOFI dla precyzyjnych pomiarów na ile jasne gwiazdy te są w podczerwieni” dodał Grzegorz Pietrzyński (Universidad de Concepción, Chile oraz Obserwatorium Uniwersytetu Warszawskiego, Polska), główny autor nowego artykułu w Nature.

„Pracujemy nad ulepszeniem naszej metody jeszcze bardziej i mamy nadzieję na wyznaczenie odległości do Wielkiego Obłoku Magellana z precyzją 1% w ciągu najbliższych kilku lat. Ma to daleko idące konsekwencje nie tylko dla kosmologii, ale dla wielu pól astrofizyki” podsumowuje Dariusz Graczyk, drugi autor artykułu w Nature.

Uwagi

[1] Świece standardowe są obiektami o znanej jasności. Obserwując na ile jasny wydaje się taki obiekt astronomowie mogą wyznaczyć dystans, bowiem bardziej odległe obiekty wyglądają na słabsze. Przykładem świec standardowych są cefeidy [2] oraz supernowe typu Ia. Dużym problemem jest skalibrowanie skali odległości poprzez odnalezienie względnie bliskiej próbki tego typu obiektów, do których dystans można wyznaczyć innymi sposobami..

[2] Cefeidy są jasnymi, niestabilnymi gwiazdami, które pulsują i zmieniają swój blask. Istnieje bardzo wyraźna zależność pomiędzy tym, jak szybko się zmieniają, a ich jasnością. Cefeidy, które pulsują szybciej, są słabsze niż te, które pulsują wolniej. Ta zależność okres-jasność (luminosity) pozwala na użycie cefeid jako świec standardowych do mierzenia odległości do sąsiednich galaktyk.

[3] Niniejsza praca jest częścią długoterminowego Projektu Araucaria, który ma polepszyć pomiary odległości do sąsiednich galaktyk.

[4] Dokładne zmiany światła zależą od względnych rozmiarów gwiazd, ich temperatur i kolorów, a także od własności orbit.

[5] Kolory są mierzone poprzez porównywanie jasności gwiazd w różnych zakresach fal bliskiej podczerwieni

[6] Gwiazdy te znaleziono przeszukując 35 milion gwiazd w Wielkim Obłoku Magellana, które zbadał project OGLE.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule “An eclipsing binary distance to the Large Magellanic Cloud accurate to 2 per cent”, G. Pietrzyński et al., który ukaże się 7 marca 2013 r. w czasopiśmie Nature.

Skład zespołu badawczego: G. Pietrzyński (Universidad de Concepción, Chile; Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego, Polska), D. Graczyk (Universidad de Concepción), W. Gieren (Universidad de Concepción), I. B. Thompson (Carnegie Observatories, Pasadena, USA), B., Pilecki (Universidad de Concepción; Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego), A. Udalski (Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego), I. Soszyński (Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego), S. Kozłowski (Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego), P. Konorski (Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego), K. Suchomska (Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego), G. Bono (Università di Roma Tor Vergata, Rzym, Włochy; INAF-Osservatorio Astronomico di Roma, Włochy), P. G. Prada Moroni (Università di Pisa, Włochy; INFN, Pisa, Włochy), S. Villanova (Universidad de Concepción ), N. Nardetto (Laboratoire Fizeau, UNS/OCA/CNRS, Nicea, Francja),  F. Bresolin (Institute for Astronomy, Hawaje, USA), R. P. Kudritzki (Institute for Astronomy, Hawaii, USA), J. Storm (Leibniz Institute for Astrophysics, Poczdam, Niemcy), A. Gallenne (Universidad de Concepción), R. Smolec (Centrum Astronomiczne im. Mikołaja Kopernika PAN, Warszawa, Polska), D. Minniti (Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile; Obserwatorium Watykańskie, Włochy), M. Kubiak (Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego), M. Szymański (Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego), R. Poleski (Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego), Ł. Wyrzykowski (Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego), K. Ulaczyk (Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego), P. Pietrukowicz (Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego), M. Górski (Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego), P. Karczmarek (Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego).

ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Jest wspierane przez 15 krajów: Austria, Belgia, Brazylia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Holandia, Niemcy, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada Bardzo Duży Teleskop (Very Large Telescope), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest europejskim partnerem dla rewolucyjnego teleskopu ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. ESO planuje obecnie 39-metrowy Ogromnie Wielki Teleskop Europejski (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope - E-ELT), który stanie się “największym okiem świata na niebo”.

Linki

• Publikacja naukowa w Nature
• Zdjęcia HARPS/3.6m
• Zdjęcia NTT
• Zdjęcia wykonane za pomocą SOFI

Kontakt

Grzegorz Pietrzyński
Universidad de Concepción
Chile
Tel.: +56 41 220 7268
Tel. kom.: +56 9 6245 4545
E-mail: pietrzyn@astrouw.edu.pl

Wolfgang Gieren
Universidad de Concepción
Chile
Tel.: +56 41 220 3103
Tel. kom.: +56 9 8242 8925
E-mail: wgieren@astro-udec.cl

Richard Hook
ESO, Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6655
Tel. kom.: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych