Klasyczne cefeidy, czyli gwiazdy zmienne typu cefeid, to jedne z najbardziej fascynujących obiektów w kosmosie. Te masywne i jasne gwiazdy podlegają wahaniom jasności w regularnych odstępach czasu, co okazało się kluczowe dla niektórych z najbardziej przełomowych odkryć w astrofizyce.
Historia klasycznych cefeid przeplata się z pracą Edwina Hubble’a – amerykańskiego astronoma – którego badania na początku XX wieku zrewolucjonizowały nasze rozumienie wszechświata [1]. W 1924 roku Hubble wykorzystał zależność okres-jasność cefeid [2]. Było to kluczowe odkrycie dokonane początkowo przez Henriettę Swan Leavitt w 1912 roku. Zależność ta wskazuje, że im dłuższy jest okres, w którym jasność gwiazdy cefeidy ulega zmianie, tym większa jest jej jasność.
Korzystając z tej zależności, Hubble był w stanie określić odległość do „Mgławicy Andromedy” i kilku innych mgławic spiralnych. Jego pomiary dowiodły niezbicie, że mgławice te nie były częścią naszej Drogi Mlecznej, ale w rzeczywistości były całymi własnymi galaktykami [2]. Odkrycie to skutecznie podwoiło rozmiar znanego wszechświata i odsunęło społeczność naukową od kosmosu skoncentrowanego na Drodze Mlecznej.
Kilka lat później obserwacja cefeid w sąsiednich galaktykach doprowadziła Hubble’a do kolejnego monumentalnego odkrycia: wszechświat się rozszerza. Obserwacja ta położyła podwaliny pod teorię Wielkiego Wybuchu, fundamentalnie zmieniając dziedzinę kosmologii.
Odkrycie klasycznych cefeid przez OGLE
Projekt Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) wyróżnia się szczególnie ze względu na swój wkład w badanie gwiazd pulsujących, takich jak klasyczne cefeidy. Kierowany przez profesora Andrzeja Udalskiego zespół badawczy (I. Soszyński, D. M. Skowron, P. Pietrukowicz, M. Gromadzki, M. K. Szymański, J. Skowron, P. Mróz, R. Poleski, S. Kozłowski, P. Iwanek, M. Wrona, K. Ulaczyk, K. Rybicki, M. Mróz) OGLE odegrał kluczową rolę w poszerzeniu naszej wiedzy na temat Drogi Mlecznej i jej struktury [1]. Projekt ten, realizowany głównie przy użyciu teleskopów umiejscowionych w Chile, stanowił przełom w odkrywaniu i badaniu gwiazd zmiennych. Około połowa wszystkich znanych klasycznych cefeid w naszej galaktyce została zidentyfikowana przez astronomów z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego, co stanowi istotny wkład nie tylko w ilościowe, ale także jakościowe aspekty astrofizyki, dostarczając fundamentalnych danych do badania różnych aspektów galaktyki.
Gwiazda ta jest obecna w katalogach gwiazd zmiennych ASAS-SN i Gaia DR3, ale w katalogach tych została sklasyfikowana jako zmienna długookresowa. W oparciu o ponad 10-letni monitoring fotometryczny tej gwiazdy prowadzony w ramach projektu OGLE w pasmach I i V oraz krzywą prędkości radialnej z Gaia Focused Product Release jednoznacznie wykazujemy, że obiekt ten jest klasyczną cefeidą w trybie fundamentalnym.
– „Discovery of the Longest-period Classical Cepheid in the Milky Way”, I. Soszyński , D. M. Skowron , A. Udalski , P. Pietrukowicz , M. Gromadzki, M. K. Szymański, J. Skowron, P. Mróz, R. Poleski, S. Kozłowski, P. Iwanek, M. Wrona, K. Ulaczyk, K. Rybicki, and M. Mróz.
Pomimo tego, że OGLE-GD-CEP-1884 został wymieniony we wcześniejszych przeglądach, takich jak ASAS-SN i Gaia DR3, początkowo został błędnie zaklasyfikowany jako inny typ gwiazdy, zmiennej ze względu na swoje unikalne cechy. Dopiero skrupulatna analiza danych fotometrycznych i pomiarów prędkości radialnych z ponad dekady pozwoliła naukowcom potwierdzić jej prawdziwą naturę jako klasycznej cefeidy.
Mapowanie galaktyki w trzech wymiarach
Jednym z najbardziej znaczących osiągnięć zespołu OGLE była praca prowadzona przez profesor Dorotę Skowron. Kilka lat temu zespół profesor Skowron opublikował przełomową trójwymiarową mapę Drogi Mlecznej [1]. Mapa ta została opracowana na podstawie przestrzennego rozkładu tysięcy cefeid odkrytych przez lata w ramach projektu OGLE. Precyzja i głębia tej mapy zapewniły bezprecedensowy wgląd w strukturę naszej galaktyki.
Najbardziej uderzającym odkryciem tej mapy 3D było potwierdzenie, że dysk Drogi Mlecznej nie jest płaski. W przeciwieństwie do tradycyjnych poglądów na płaską płaszczyznę galaktyki, mapa wyraźnie pokazała, że dysk wygina się i skręca w kształcie litery S. To wypaczenie może być spowodowane momentami obrotowymi wywieranymi przez masywny dysk wewnętrzny lub siłami grawitacyjnymi pochodzącymi z pobliskich masywnych galaktyk.
Ilustracja 1. Mapa Drogi Mlecznej
Znaczenie odkryć OGLE
Odkrycia zespołu OGLE mają głębokie implikacje – zrozumienie kształtu i struktury naszej galaktyki pomaga w badaniu powstawania i ewolucji galaktyk w całym wszechświecie. Ma to również wpływ na kalibrację modelu Drogi Mlecznej używanego do pomiaru odległości astronomicznych i nawigacji naszej pozycji w kosmosie [1]. Co więcej, odkrycie dużej liczby klasycznych cefeid przez zespół OGLE zwiększa naszą zdolność do dokładniejszego pomiaru odległości w obrębie Drogi Mlecznej. Gwiazdy te służą jako niezbędne kalibratory dla kosmicznej drabiny odległości, bezpośrednio wpływając na nasze zrozumienie tempa ekspansji Wszechświata.
Gwiazda, nazwana OGLE-GD-CEP-1884, pobiła poprzednie rekordy z okresem pulsacji wynoszącym 78,14 dnia, czyli prawie 10 dni dłużej niż poprzedni rekordzista, S Vulpeculae. Odkrycie takiej ultra-długiej cefeidy w naszej Galaktyce sugeruje, że prawdopodobnie istnieje więcej takich rzadkich gwiazd, ukrytych przez ekstynkcję międzygwiazdową, co może mieć kluczowe znaczenie dla lepszego zrozumienia struktury Drogi Mlecznej
– „Discovery of the Longest-period Classical Cepheid in the Milky Way”, I. Soszyński , D. M. Skowron , A. Udalski , P. Pietrukowicz , M. Gromadzki, M. K. Szymański, J. Skowron, P. Mróz, R. Poleski, S. Kozłowski, P. Iwanek, M. Wrona, K. Ulaczyk, K. Rybicki, and M. Mróz
Klasyczne Cefeidy lub gwiazdy zmienne typu Delta Cefeid mają kluczowe znaczenie w badaniach kosmicznych mierników odległości astronomicznych. Te jasne gwiazdy pulsują w przewidywalny sposób, co pozwala astronomom na bardzo precyzyjne określanie ich odległości. Niezwykły okres pulsacji OGLE-GD-CEP-1884 plasuje ją w rzadkiej kategorii cefeid o ultra długim okresie pulsacji (ULP), które odgrywają kluczową rolę w rozszerzaniu naszego zasięgu na odległe zakątki galaktyki i nie tylko.
OGLE-GD-CEP-1884
Zlokalizowana w odległości około 4,47 kpc (około 14 600 lat świetlnych) od Ziemi [1], identyfikacja tej gwiazdy została wsparta przez zastosowanie relacji okres-jasność w średniej podczerwieni, które są mniej podatne na wpływ pyłu międzygwiazdowego, który może zaciemniać i wprowadzać w błąd obserwacje. Metoda ta nie tylko potwierdziła odległość gwiazdy, ale także jej umiejscowienie na mapie Drogi Mlecznej, dostarczając cennych danych na temat struktury naszej galaktyki.
Odkrycie OGLE-GD-CEP-1884 otwiera nowe możliwości zrozumienia rozmieszczenia gwiazd w Drodze Mlecznej [1]. Jego obecność sugeruje, że w naszej galaktyce może znajdować się więcej cefeid ULP, szczególnie w regionach silnie dotkniętych wymieraniem międzygwiazdowym. Odkrycia te podkreślają znaczenie ulepszenia metod wykrywania i klasyfikacji gwiazd zmiennych, co pozostaje wyzwaniem ze względu na ograniczenia zautomatyzowanych badań w dokładnym kategoryzowaniu tak wyjątkowych zjawisk niebieskich.
Co więcej, odkrycie to ma głęboki wpływ na kalibrację prawa Leavitta (zależność okres-jasność), które jest kluczowe dla udoskonalenia istniejących modeli tempa ekspansji Wszechświata. Podczas gdy astronomowie kontynuują przeszukiwanie nieba, spostrzeżenia dostarczone przez OGLE-GD-CEP-1884 niewątpliwie poprawią nasze zrozumienie kosmicznej drabiny odległości i przyczynią się do dokładniejszych pomiarów kosmologicznych.
Obecne zastosowania klasycznych cefeid
Obecnie klasyczne cefeidy nadal znajdują się w czołówce badań astrofizycznych. Są one niezbędnymi narzędziami do pomiaru odległości międzygalaktycznych – procesu kluczowego dla mapowania struktury wszechświata. Cefeidy służą jako ‚świece standardowe” ze względu na ich przewidywalne zmiany jasności, które pozwalają astronomom na dokładne obliczanie odległości.
Dokładność tych pomiarów ma kluczowe znaczenie dla określenia stałej Hubble’a, czyli tempa rozszerzania się wszechświata. Ostatnie postępy doprowadziły do najbardziej precyzyjnych jak dotąd pomiarów tej stałej, głównie przy użyciu obserwacji klasycznych cefeid. Praca ta nie tylko pomaga w zrozumieniu tempa ekspansji, ale także w badaniu właściwości ciemnej energii, tajemniczej siły, która przyspiesza ekspansję wszechświata.
Wyzwania i perspektywy na przyszłość
Pomimo ich nieocenionego wkładu, badanie klasycznych cefeid nie jest pozbawione wyzwań. Kalibracja zależności okres-jasność, a zwłaszcza jej zależność od składu gwiazd i ich pozycji w galaktykach, wymaga ciągłego udoskonalania [1]. Co więcej, rozbieżności w pomiarach stałej Hubble’a w porównaniu z danymi z kosmicznego mikrofalowego tła sugerują, że w naszym standardowym modelu kosmologii wciąż istnieją niewiadome.
Przyszłe badania będą nadal wykorzystywać potencjał cefeid, a teleskopy nowej generacji umożliwią bardziej szczegółowe obserwacje. Te postępy obiecują udoskonalić nasze zrozumienie ekspansji wszechświata i mogą stanowić klucz do rozwiązania zagadki ciemnej energii.
Fot. nagłówka: Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego
Bibliografia:
[1] Obserwatorium Astronomiczne UW, Cefeida o rekordowym okresie pulsacji w Drodze Mlecznej, https://www.astrouw.edu.pl/cefeida-o-rekordowym-okresie-pulsacji-w-drodze-mlecznej/
[2] Polskie Radio, Edwin Hubble. Wypatrzył uciekające galaktyki, https://www.polskieradio.pl/39/156/artykul/1324774,edwin-hubble-wypatrzyl-uciekajace-galaktyki
Zuzanna Czernicka
