Persbericht

Raadsel van pulserende sterren opgelost

24 november 2010

Met de ontdekking van een dubbelster bestaande uit een pulserende cepheïde en een andere ster die elkaar beurtelings bedekken, heeft een internationaal team van astronomen een decennia oud raadsel opgelost. De bijzondere stand van de banen van de beide sterren maakte het mogelijk om de massa van de cepheïde met ongekende nauwkeurigheid te bepalen. Tot nog toe beschikten astronomen over twee onverenigbare theoretische voorspellingen voor de massa’s van cepheïden. Uit het nieuwe resultaat blijkt dat de voorspelling van het stellaire pulsatiemodel juist is, terwijl de voorspelling van de stellaire evolutietheorie ernaast zit.

De nieuwe resultaten, afkomstig van een team onder leiding van Grzegorz Pietrzyński (Universidad de Concepción, Chili; Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego, Polen), verschijnen op 25 november 2010 in het tijdschrift Nature.

Grzegorz Pietrzyński over zijn opmerkelijke resultaat: ‘Met behulp van het HARPS-instrument van de 3,6-meter telescoop van de ESO-sterrenwacht op La Silla in Chili, en andere telescopen, hebben we de massa van een cepheïde veel nauwkeuriger dan voorheen kunnen meten. Dankzij dit nieuwe resultaat kunnen we direct zien welke van de twee concurrerende theorieën voor het voorspellen van de massa’s van cepheïden juist is.’

Klassieke cepheïden, doorgaans kortweg cepheïden genoemd, zijn onstabiele sterren die veel groter en helderder zijn dan de zon [1]. Ze zwellen op en trekken samen, waarbij een regelmatige cyclus van enkele dagen tot maanden wordt gevolgd. De tijd die het duurt om helderder en weer zwakker te worden, is het langst voor de cepheïden die de grootste lichtkracht hebben en korter voor de zwakkere exemplaren. Dit opmerkelijk exacte verband maakt het onderzoek van cepheïden tot een van de meest efficiënte manieren om afstanden tot nabije sterrenstelsels te meten en van daaruit de schaal van het complete heelal in kaart te brengen [2].

Helaas worden cepheïden, ondanks hun belangrijke functie, nog niet goed begrepen. Voorspellingen van hun massa’s op basis van de theorie van pulserende sterren komen twintig tot dertig procent lager uit dan de voorspellingen van de theorie van de sterevolutie. Dit beschamende verschil is al bekend sinds de jaren zestig van de afgelopen eeuw.

Om dit raadsel te kunnen oplossen, moesten astronomen een dubbelster van een cepheïde en een andere ster vinden waarvan het baanvlak vanaf de aarde van opzij wordt gezien. In dat geval vermindert de totale helderheid van de dubbelster zodra de ene ster voor de andere langs trekt, en omgekeerd. Bij zulke zogeheten eclipserende dubbelsterren of bedekkingsveranderlijken kunnen astronomen de massa’s van de beide sterren zeer nauwkeurig bepalen [3]. Helaas zijn zowel cepheïden als eclipserende dubbelsterren nogal schaars. De kans dat een combinatie van die twee zou worden gevonden, leek dus erg klein. In ons eigen Melkwegstelsel is er niet één bekend.

Wolfgang Gieren, een ander lid van het team, vervolgt: ‘Heel onlangs vonden we dan echt het gedroomde dubbelstersysteem tussen de sterren van de Grote Magelhaense Wolk. Het bevat een cepheïde die met een periode van 3,8 dagen pulseert. De andere ster is iets groter en koeler, en de twee draaien in 310 dagen om elkaar. Het dubbele karakter van de ster werd onmiddellijk bevestigd toen we hem bekeken met de HARPS-spectrograaf op La Silla.’

De astronomen hebben de helderheidsvariaties van dit zeldzame object, dat de aanduiding OGLE-LMC-CEP0227 draagt [4], nauwkeurig gemeten. Daarnaast hebben zij met HARPS en andere spectrografen de bewegingen van de beide sterren van de aarde af en naar de aarde toe gemeten, dat wil zeggen: zowel de baanbewegingen van de beide sterren als de op en neer gaande beweging van het oppervlak van de pulserende cepheïde.

Deze zeer volledige en gedetailleerde gegevens maken het mogelijk om de baanbewegingen, afmetingen en massa’s van de beide sterren met zeer grote nauwkeurigheid te meten – veel nauwkeuriger dan ooit eerder bij een cepheïde is gelukt. De massa van de cepheïde is nu tot op ongeveer één procent bekend en komt exact overeen met de voorspelling van de stellaire pulsatietheorie. De grotere massa die door de stellaire evolutietheorie wordt voorspeld wijkt daar aanzienlijk van af.

De sterk verbeterde massabepaling is slechts een van de resultaten van dit onderzoek, en het team hoopt nog meer van deze uiterst nuttige dubbelsterren te kunnen opsporen, om nog meer uit deze methode te halen. De onderzoekers denken dat zij met zulke dubbelsterren uiteindelijk in staat zullen zijn om de afstand tot de Grote Magelhaense Wolk tot op één procent nauwkeurig vast te stellen. Dat laatste zou in een zeer belangrijke verbetering van de kosmische afstandsschaal resulteren.

Noten

[1] De eerste veranderlijke sterren van het cepheïdentype zijn in de achttiende eeuw ontdekt, en bij de helderste exemplaren zijn de helderheidsvariaties al met het blote oog waarneembaar. De cepheïden zijn genoemd naar de ster Delta Cepheï in het sterrenbeeld Cepheus, waarvan het veranderlijke karakter in 1784 door John Goodricke in Engeland werd opgemerkt. Opmerkelijk genoeg was Goodricke ook de eerste die de helderheidsvariaties van de eclipserende dubbelsterren verklaarde. Vanaf de aarde gezien passeren de beide sterren van zo’n dubbelster tijdens elke omloop voor elkaar langs, waarbij hun gezamenlijke helderheid tijdelijk afneemt. Het uiterst zeldzame object dat nu is ontdekt, is zowel een cepheïde als een eclipserende dubbelster. Klassieke cepheïden zijn zware sterren die zich onderscheiden van soortgelijke pulserende sterren van geringere massa, die zich op geheel andere wijze ontwikkelen.

[2] De periode-lichtkrachtrelatie voor cepheïden, in 1908 ontdekt door Henrietta Leavitt, werd door Edwin Hubble benut om de eerste schattingen te maken van de afstanden tot wat wij nu sterrenstelsels noemen. Later zijn cepheïden waargenomen met de Hubble-ruimtetelescoop en ESO’s Very Large Telescope om de afstanden tot vele nabije sterrenstelsels te schatten.

[3] Astronomen kunnen de massa’s van de sterren vooral met grote nauwkeurigheid bepalen als beide sterren van vergelijkbare helderheid zijn en de spectraallijnen van de afzonderlijke sterren dus herkenbaar zijn in het gezamenlijke spectrum van de dubbelster, zoals bij dit object het geval is.

[4] De naam OGLE-LMC-CEP0227 is afgeleid van het onderzoeksprogramma OGLE, waarbij het veranderlijke karakter van dit object werd ontdekt. Details over OGLE zijn te vinden op: http://ogle.astrouw.edu.pl/.

Meer informatie

Dit onderzoek wordt gepresenteerd in een artikel dat op 25 november 2010 in Nature verschijnt.

Het onderzoeksteam bestaat uit G. Pietrzyński (Universidad de Concepción, Chili; Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego, Polen), I.B. Thompson (Carnegie Observatories, VS), W. Gieren (Universidad de Concepción, Chili), D. Graczyk (Universidad de Concepción, Chili), G. Bono (INAF-Osservatorio Astronomico di Roma, Universita’ di Roma, Italië), A. Udalski (Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego, Polen), I. Soszyński (Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego, Polen), D. Minniti (Pontificia Universidad Católica de Chile) en B. Pilecki (Universidad de Concepción, Chili; Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego, Polen).

ESO, de Europese Zuidelijke Sterrenwacht, is de belangrijkste intergouvernementele sterrenkundeorganisatie in Europa, en het meest productieve astronomische observatorium ter wereld. ESO wordt ondersteund door 14 landen: België, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerp, de bouw en het beheer van krachtige grondobservatoria die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. ESO speelt ook een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op sterrenkundig gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staat ESO’s Very Large Telescope (VLT), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld. Ook is ESO de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA. Daarnaast is ESO momenteel bezig met ontwerpstudies voor de 42-meter Europese Extremely Large optische/nabij-infrarood Telescoop (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.

Links

• Onderzoeksartikel in Nature

Contact

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

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

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mob: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Rodrigo Alvarez (press contact België)
ESO Science Outreach Network en Planetarium, Royal Observatory of Belgium
Tel: +32-2-474 70 50
E-mail: eson-belgië@eso.org

Connect with ESO on social media