2008.02.11. - Egy kulcsfontosságú csillag pontos távolsága

A csillagot övező porfelhőről visszavert fény változásai alapján nagy pontossággal meghatározták egy hosszú periódusú pulzáló szuperóriás távolságát. A kutatócsoport magyar tagja Szabados László.

A Pierre Kervella vezette kutatócsoport, melynek tagja Szabados László (MTA Konkoly Thege Miklós Csillagászati Kutatóintézet) is, az ESO La Silla-n üzemelő NTT (New Technology Telescope) teleszkópjának segítségével gyűjtött adatok alapján mindössze 1,4 százalékos (!) hibával tudta meghatározni az RS Puppis távolságát. Ezzel a cefeida típusú változócsillagok közül az RS Pup távolsága ismert a legnagyobb pontossággal. A rendkívül kis hibának az egyedi mérésen túl mutató jelentősége van.

A cefeidák pulzáló változócsillagok, nevüket az osztály prototípusáról, a δ Cephei csillagról kapták. A periódus-fényesség reláció majdnem száz évvel ezelőtti felismerése (Henrietta Leavitt, 1912) óta a legfontosabb távolságindikátorok közé tartoznak, azaz a jellegzetes fénygörbéjük alapján könnyen meghatározható pulzációs periódusuk segítségével más, ilyen típusú csillagokat tartalmazó objektumok (például galaxisok) távolsága is megbecsülhető, ezáltal az extragalaktikus távolságskála kalibrálható. Az új mérés egyéb hasonló munkákkal összehasonlítva azért különösen fontos, mert tisztán geometriai alapokon nyugszik, a távolság meghatározásához a csillag fizikai paramétereiről, a pulzáció természetéről nem kell előzetesen semmilyen feltevéssel élni.

Az RS Pup körüli köd gyűrűs szerkezete a csillag korábbi életszakaszaiban lezajlott tömegvesztési folyamatokkal kapcsolatos információkat hordoz. A kép az ESO NTT távcsövére szerelt EMMI (ESO Multi-Mode Instrument) műszerrel B, V, és R színszűrőkön keresztül készült felvételek kombinációja. A köd részleteit jobban mutató felvételek érdekében a műszert úgy pozícionálták, hogy a fényes csillag a két CCD-érzékelő közötti "vakfoltra" (sötét függőleges sáv középen) essen.
[European Southern Observatory]

Az RS Pup a Napnál körülbelül 10-szer nagyobb tömegű, mérete központi csillagunkénak 200-szorosa, energiakibocsátása pedig átlagban 15000-szeresen haladja meg a Napét. A fényváltozás periódusa 41,4 nap, ami a galaktikus cefeidák között az egyik leghosszabb. A változás amplitúdója eléri a 2 magnitúdót, azaz az RS Pup maximumban ötször fényesebb, mint minimumban. A csillag érdekessége, hogy a cefeidák között szinte egyedülálló módon egy nagykiterjedésű reflexiós ködbe van beágyazódva, melyet 1961-ben fedezett fel B. Westerlund. A köd eredete még tisztázatlan, gyűrűs szerkezete azonban azt sejteti, hogy a benne található anyag forrása legalább részben az RS Pup periodikusan felfúvódó, majd összehúzódó légköre. Becslések szerint a csillag tömegvesztési rátája 10^-6 naptömeg/év körüli.

Az RS Pup körüli köd EMMI-képe a 41,4 napos periódus 6 különböző fázisában. A csillag és a köd jellemző részei fényességváltozásának egyidejű monitorozásával meghatározható a csillag távolsága. A köd fényességének változása különösen jól megfigyelhető a kép közepén látható, egymáshoz közeli fényes előtércsillagok felett.
[European Southern Observatory]

A köd jelenléte lehetővé teszi annak megfigyelését, hogy a csillag jellegzetes fényváltozásának hatása milyen módon jelentkezik a közvetlen környezetében. A mérés elve az, hogy a köd nagyon finom porszemcséiről az irányunkba visszaverődő fény egy kicsit később éri el a teleszkópot, mint a csillagról közvetlenül érkező fotonok. A köd néhány kiválasztott, jellegzetes porcsomójának fényességváltozása ugyanolyan jellegű lesz, mint a csillagé, de azt időben (fázisban) eltolva követi. Erre a késleltetésre a megfelelő hangeffektus mintájára a szakirodalom a "visszfény" (light echo) kifejezést használja. Az egyes csomók fényességváltozásának nyomonkövetésével meghatározható a csomó csillagtól mért távolsága: a késleltetést egyszerűen meg kell szorozni a fény sebességével. Ezen valódi távolság és a szintén mérhető porcsomó-csillag szögtávolság ismeretében aztán a csillag távolsága maga is meghatározható.

A mérés elvét magyarázó fantáziarajz. A csillag körüli köd egyedi porcsomóiról visszavert fény intenzitásváltozása fáziskéséssel követi a csillag fényváltozását. A késleltetés mértékéből meghatározható a porcsomó csillagtól mért távolsága, ennek és a látszó szögtávolságnak az ismeretében pedig a csillag távolsága is.
[European Southern Observatory]

Az RS Pup távolsága a fenti módszerrel 1992 parszeknek (kb. 6500 fényév) adódott, a hiba pedig mindössze 28 parszek (90 fényév).

Fantáziarajz a Nap és az RS Pup galaxisbeli relatív helyzetéről. Az RS Pup a Tejútrendszer fősíkjában, csillagokban gazdag vidéken található.
[European Southern Observatory]

A jelenséget és a mérés elvét magyarázó animációkat tölthetünk le innen és innen.

Az eredményeket részletező szakcikk az Astronomy & Astrophysics c. folyóiratban fog megjelenni.

Forrás:

• ESO 05/08 - Science Release, 2008.02.11.