Afhængighedsperiode - lysstyrke

Afhængighedsperiode - lysstyrke ( eng.  period-luminosity relation ) - et forhold, der forbinder lysstyrken af ​​en pulserende stjernevariabel og perioden for dens pulsering. Det bedst kendte forhold for klassiske cepheider kaldes undertiden Leavitts lov . [1] Opdaget i 1908 af Henrietta Swan Leavitt gjorde forholdet det muligt at bruge cepheider som standardlys til at skalere galaktiske og ekstragalaktiske afstande. [2] [3] [4] [5] [6] [7]

Historie

Leavitt, uddannet fra Radcliffe College , arbejdede ved Harvard Observatory som lommeregner ; hun var engageret i analyse af fotografiske plader, måling og katalogisering af stjerners lysstyrke . Direktøren for observatoriet, Edward Charles Pickering , engagerede Leavitt til at studere variable stjerner i de store og små magellanske skyer , som blev observeret ved Harvard-observatoriets station i Peru. Leavitt opdagede 1777 variable stjerner, 47 af dem klassificerede hun som cepheider. I 1908 offentliggjorde hun resultaterne i Annals of the Harvard College Astronomical Observatory og bemærkede, at cepheider med høj lysstyrke havde en lang pulsationsperiode. [10] Baseret på dette arbejde undersøgte Leavitt omhyggeligt det resulterende forhold mellem perioden og lysstyrken af ​​en prøve på 25 cepheider fra den lille magellanske sky offentliggjort i 1912. [8] Denne artikel blev indsendt og underskrevet af Pickering, selvom den første sætning bemærkede, at værket var blevet udarbejdet af Miss Leavitt.

I et papir fra 1912 plottede Leavitt størrelsen af ​​objekter som funktion af periodens logaritme og bestemte, at der ifølge hende kunne trækkes to rette linjer gennem de punkter, der svarer til lysstyrkens maksima og minima, dvs. er et simpelt forhold mellem størrelsen af ​​cepheider og deres pulsationsperiode . [8] Ved at bruge den forenklede antagelse, at alle cepheider i den lille magellanske sky er placeret i omtrent samme afstand, kan den tilsyneladende størrelse af hver stjerne anses for at svare til den absolutte størrelse, der er forskudt med et fast tal relateret til afstanden. Denne antagelse gjorde det muligt for Leavitt at vise, at logaritmen af ​​pulsationsperioden er lineært relateret til logaritmen af ​​den gennemsnitlige Cepheid-lysstyrke i det optiske område. [elleve]

Samtidig var skaleringsparameteren ukendt, da den nøjagtige afstand til de magellanske skyer ikke var kendt. Leavitt udtrykte håbet om, at parallakser op til nogle Cepheider kunne måles; et år efter offentliggørelsen af ​​resultaterne bestemte Leavitt Einar Hertzsprung afstandene til flere Cepheider i Mælkevejen. Ved at bruge dem som en kalibrering var det muligt at bestemme afstanden til enhver Cepheid med en kendt pulsationsperiode. [elleve]

Relationen blev brugt af Harlow Shapley i 1918 til at bestemme afstandene til kuglehobe og den absolutte størrelse af variable stjerner i hobene. På det tidspunkt vidste man endnu ikke, at der var forskel i forholdet mellem forskellige typer variable stjerner, generelt klassificeret som cepheider. Forskellen blev bekræftet af Edwin Hubble i hans papir fra 1931 om kuglehobe omkring Andromedagalaksen . Ingen løsning på problemet kunne findes før i 1950'erne, og det var først på dette tidspunkt, at Population Type II Cepheider viste sig at være systematisk svagere end Type I Cepheider. Variable stjerner i klynger ( RR Lyrae variabler ) er endnu svagere. [12]

Forhold

Lysstyrkens afhængighed af perioden er kendt for flere typer af pulserende variable stjerner: populationstype I-cepeider, populationstype II-cepeider, RR Lyrae-stjerner, Miras og andre langtidsvariable stjerner . [13]

Klassiske cepheider

Periode-lysstyrkeforholdet for klassiske cepheider blev kalibreret af mange astronomer i løbet af det 20. århundrede, startende med Hertzsprung. [14] Kalibrering giver en række udfordringer; Men i 2007 skabte Benedict og kolleger en robust kalibrering baseret på Hubble -målte trigonometriske parallakser af 10 cepheider tættest på Solen. [15] I 2008 bestemte ESO -astronomer afstanden til Cepheid RS Puppis til inden for 1 % af lysekkodataene fra den tåge, hvori stjernen er indlejret. [16] Dette resultat er imidlertid bestridt i en række papirer. [17]

For cepheider af den første type befolkning er der følgende forhold mellem pulsationsperioden P og den gennemsnitlige absolutte stjernestørrelse M v , opnået fra dataene om de trigonometriske parallakser af 10 cepheider tættest på Solen:

hvor P måles i dage. [18] [15] Du kan også bruge følgende relation til at beregne afstanden d til cepheider:

[femten]

eller

[19]

I og V er gennemsnitsværdierne af den tilsyneladende størrelse i de nære infrarøde og synlige dele af spektret.

Indflydelse

Klassiske Cepheider (også kendt som Population I Cepheider eller Delta Cephei variabler) oplever pulseringer med velbevarede perioder fra dage til måneder. Cepheiderne blev opdaget i 1784 af Edward Pigott . Det første objekt af denne type, der blev opdaget, var Eta Orla , [20] og et par måneder senere opdagede John Goodryke variabilitet i Delta Cephei, som gav sit navn til hele klassen af ​​variable stjerner af denne type. [21] De fleste cepheider afslører et karakteristisk lyskurvemønster: en hurtig stigning i lysstyrken og en skarp top, når den går over til et fald i lyset.

Klassiske cepheider er 4-20 gange mere massive end Solen [22] og op til 100.000 gange lysere. [23] Sådanne cepheider er lyse gule kæmper og supergiganter af spektralklasserne F6-K2, og deres radier kan variere med op til 10 % i en pulsationscyklus. [24]

Leavitts arbejde med cepheider i de magellanske skyer førte til opdagelsen af ​​en sammenhæng mellem lysstyrken og pulsperioden for cepheiderne. Dens opdagelse gjorde det muligt for astronomer at måle afstanden til andre galakser. Med tiden blev Cepheider opdaget i andre galakser, såsom Andromedagalaksen (Edwin Hubble, 1923-24), hvorefter det blev klart, at "spiraltåger" er selvstændige galakser uden for Mælkevejen. Leavitts opdagelse gjorde det muligt for Harlow Shapley at vise, at Solen ikke er i centrum af galaksen, og Edwin Hubble at bevise, at Mælkevejen ikke er i centrum af universet. En ny fase af astronomi begyndte, forbundet med studiet af universets struktur og skala. [25] Hubble mente, at Leavitt fortjente Nobelprisen for sit arbejde, [26] hun blev nomineret til et stipendium ved Det Svenske Videnskabsakademi i 1924, men kun tre år efter sin død. [27] [28] .

Noter

  1. ↑ Sloan Digital Sky Survey (9. januar 2018). Et århundrede med cepheider: To astronomer med hundrede års mellemrum bruger stjerner til at måle universet . Pressemeddelelse . Arkiveret fra originalen 20. september 2020. Hentet 23. september 2019 .
  2. ↑ Udalski, A.; Soszynski, I.; Szymanski, M.; Kubiak, M.; Pietrzynski, G.; Wozniak, P.; Zebrun, K. Eksperimentet med optisk gravitationslinse. Cepheider i de magellanske skyer. IV. Katalog over cepheider fra den store magellanske sky  //  Acta Astronomica : journal. - 1999. - Bd. 49 . - S. 223-317 . - . — arXiv : astro-ph/9908317 .
  3. ↑ Soszynski, I.; Poleski, R.; Udalski, A.; Szymanski, M.K.; Kubiak, M.; Pietrzynski, G.; Wyrzykowski, L.; Szewczyk, O.; Ulaczyk, K. Det optiske gravitationslinseeksperiment. OGLE-III-kataloget over variable stjerner. I. Klassiske cepheider i den store magellanske sky  //  Acta Astronomica : journal. - 2008. - Bd. 58 . — S. 163 . — . - arXiv : 0808.2210 .
  4. ↑ Freedman, Wendy L.; Madore, Barry F.; Gibson, Brad K.; Ferrarese, Laura; Kelson, Daniel D.; Sakai, Shoko; Mould, Jeremy R.; Kennicutt, Jr., Robert C.; Ford, Holland C.; Graham, John A.; Huchra, John P.; Hughes, Shaun M.G.; Illingworth, Garth D.; Macri, Lucas M.; Stetson, Peter B. Endelige resultater fra Hubble Space Telescope Key Project to Measure the Hubble Constant  //  The Astrophysical Journal  : journal. - IOP Publishing , 2001. - Vol. 553 , nr. 1 . - S. 47-72 . - doi : 10.1086/320638 . - . - arXiv : astro-ph/0012376 .
  5. ↑ Tammann, G.A.; Sandage, A.; Reindl, B. Udvidelsesfeltet: værdien af ​​H 0  //  The Astronomy and Astrophysics Review : journal. - 2008. - Bd. 15 , nr. 4 . - S. 289-331 . - doi : 10.1007/s00159-008-0012-y . - . - arXiv : 0806.3018 .
  6. ↑ Majaess, DJ; Turner, DG; Lane, DJ Karakteristika for galaksen ifølge Cepheider  // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society  : tidsskrift  . - Oxford University Press , 2009. - Vol. 398 , nr. 1 . - S. 263-270 . - doi : 10.1111/j.1365-2966.2009.15096.x . - . - arXiv : 0903.4206 .
  7. ↑ Freedman, Wendy L.; Madore, Barry F.  Hubble Constant  // Årlig gennemgang af astronomi og astrofysik : journal. - 2010. - Bd. 48 . - s. 673-710 . - doi : 10.1146/annurev-astro-082708-101829 . - . - arXiv : 1004.1856 .
  8. ↑ 1 2 3 Leavitt, Henrietta S.; Pickering, Edward C. Perioder med 25 variable stjerner i den lille magellanske sky  //  Harvard College Observatory Circular : journal. - 1912. - Bd. 173 . - S. 1-3 . — .
  9. ↑ Kerri Malatesta. Delta Cephei . American Association of Variable Star Observers (16. juli 2010). Hentet 22. oktober 2019. Arkiveret fra originalen 6. september 2015.
  10. ↑ Leavitt, Henrietta S. 1777 variables in the Magellanic Clouds // Annals of Harvard College Observatory. - 1908. - T. 60 . - S. 87-108 . — .
  11. ↑ 1 2 Fernie, JD Perioden-Luminosity Relation: A Historical Review  // Publications of the Astronomical Society of the Pacific  : tidsskrift  . - 1969. - December ( bd. 81 , nr. 483 ). — S. 707 . - doi : 10.1086/128847 . - .
  12. ↑ Baade, W. The Period-Luminosity Relation of the Cepheid  // Publications of the Astronomical Society of the Pacific  : journal  . - 1956. - Bd. 68 , nr. 400 . — S. 5 . - doi : 10.1086/126870 . - .
  13. ↑ Sesar, Branimir; Fouesneau, Morgan; Price-Whelan, Adrian M.; Bailer-Jones, Coryn AL; Gould, Andy; Rix, Hans-Walter. En probabilistisk tilgang til tilpasning af periode-luminositetsrelationer og validering af Gaia Parallaxes  //  The Astrophysical Journal  : tidsskrift. - IOP Publishing , 2017. - Vol. 838 , nr. 2 . — S. 107 . doi : 10.3847 /1538-4357/aa643b . — .
  14. ↑ Hertzsprung, Ejnar. Über die räumliche Verteilung der Veränderlichen vom δ Cephei-Typus  (tysk)  // Astronomische Nachrichten  : magazin. - Wiley-VCH , 1913. - Bd. 196 . — S. 201 . - .
  15. ↑ 1 2 3 Benedict, G. Fritz; McArthur, Barbara E.; Fest, Michael W.; Barnes, Thomas G.; Harrison, Thomas E.; Patterson, Richard J.; Menzies, John W.; Bean, Jacob L.; Freedman, Wendy L. Hubble Space Telescope Fine Guidance Sensor Parallaxes of Galactic Cepheid Variable Stars: Periode-Luminosity Relations  //  The Astronomical Journal  : journal. - IOP Publishing , 2007. - Vol. 133 , nr. 4 . - S. 1810 . - doi : 10.1086/511980 . - . — arXiv : astro-ph/0612465 .
  16. ↑ Kervella, P.; Merand, A.; Szabados, L.; Fouque, P.; Bersier, D.; Pompei, E.; Perrin, G. The long-period Galactic Cepheid RS Puppis  (engelsk)  // Astronomy and Astrophysics  : journal. - 2008. - Bd. 480 . - S. 167 . - doi : 10.1051/0004-6361:20078961 . - . - arXiv : 0802.1501 .
  17. ↑ Bond, H.E.; Sparks, WB Om geometrisk afstandsbestemmelse til Cepheid RS Puppis fra dens lysekkoer  // Astronomy and Astrophysics  : journal  . - 2009. - Bd. 495 , nr. 2 . — S. 371 . - doi : 10.1051/0004-6361:200810280 . - . - arXiv : 0811.2943 .
  18. ↑ Benedict, G. Fritz; McArthur, B.E.; Fredrick, LW; Harrison, T.E.; Slesnick, C.L.; Rhee, J.; Patterson, RJ; Skrutskie, M.F.; Franz, OG; Wasserman, LH; Jefferys, W.H.; Nelan, E.; Van Altena, W.; Shelus, PJ; Hemenway, P.D.; Duncombe, R.L.; Historie, D.; Whipple, A.L.; Bradley, AJ Astrometri med Hubble-rumteleskopet: A Parallax of the Fundamental Distance Calibrator δ Cephei  //  The Astronomical Journal  : tidsskrift. - IOP Publishing , 2002. - Vol. 124 , nr. 3 . - S. 1695 . - doi : 10.1086/342014 . - . - arXiv : astro-ph/0206214 .
  19. ↑ Majaess, Daniel; Turner, David; Moni Bidin, Christian; Mauro, Francesco; Geisler, Douglas; Gieren, Wolfgang; Minnity, Dante; Chené, André-Nicolas; Lucas, Philip; Borissova, Jura; Kurtev, Radostn; Dekany, Istvan; Saito, Roberto K. New Evidence Supporting Membership for TW Nor in Lyngå 6 and the Centaurus Spiral Arm  //  The Astrophysical Journal  : journal. - IOP Publishing , 2011. - Vol. 741 , nr. 2 . — P.L27 . - doi : 10.1088/2041-8205/741/2/L27 . - . - arXiv : 1110.0830 .
  20. ↑ Pigott, Edward. Observationer af en ny variabel stjerne  (engelsk)  // Philosophical Transactions of the Royal Society  : tidsskrift. - 1785. - Bd. 75 . - S. 127-136 . - doi : 10.1098/rstl.1785.0007 . - .
  21. ↑ Goodricke, John. En række observationer af og en opdagelse af perioden for variationen af ​​lyset fra stjernen markeret δ af Bayer, nær hovedet af Cepheus. I et brev fra John Goodricke, Esq. til Nevil Maskelyne, DDFRS og Astronomer Royal  (engelsk)  // Philosophical Transactions of the Royal Society of London  : tidsskrift. - 1786. - Bd. 76 . - S. 48-61 . - doi : 10.1098/rstl.1786.0002 . - .
  22. ↑ Turner, David G. The Progenitors of Classical Cepheid Variables // Journal of the Royal Astronomical Society of Canada. - 1996. - T. 90 . - S. 82 . — .
  23. ↑ Turner, David G. PL-kalibreringen for Mælkevejs-cefeider og dens implikationer for afstandsskalaen  //  Astrophysics and Space Science : journal. - 2010. - Bd. 326 , nr. 2 . - S. 219-231 . - doi : 10.1007/s10509-009-0258-5 . - . - arXiv : 0912.4864 .
  24. ↑ Rodgers, A.W. Radiusvariation og befolkningstype af cepheidvariabler  // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society  : journal  . - Oxford University Press , 1957. - Vol. 117 . - S. 85-94 . - doi : 10.1093/mnras/117.1.85 . - .
  25. ↑ "1912: Henrietta Leavitt opdager afstandsnøglen." Hverdagskosmologi. Np, n.d. Web. 20. okt 2014. 1912: Henrietta Leavitt opdager afstandsnøglen | Everyday Cosmology (link utilgængeligt) . Hentet 5. oktober 2016. Arkiveret fra originalen 4. juni 2014. 
  26. ↑ Ventrudo, Brian Mile Markers to the Galaxies (link utilgængeligt) . One-Minute Astronomer (19. november 2009). Hentet 24. september 2019. Arkiveret fra originalen 12. marts 2015. 
  27. ↑ Singh, Simon Big Bang: Universets oprindelse . — Harper Staude, 2005. - ISBN 978-0-00-715252-0 .
  28. ↑ Johnson, George. Miss Leavitt's Stars: The Untold Story of the Woman Who Discovered How to Measure the Universe  (engelsk) . — 1. - New York: Norton, 2005. - ISBN 978-0-393-05128-5 .
  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier