M31 och M33 är två av de närmaste spiralgalaxierna och kan utgöra grunden för att bestämma avstånd till mer avlägsna spiralgalaxier och begränsa universums expansionshastighet (Hubble-konstanten). Därför relevansen och vikten av flera nya studier som använde nära-infraröd data för att fastställa fasta avstånd för M31 (Andromeda) och M33 (Triangulum) (t.ex. Gieren et al. 2013), och syftade till att minska befintliga osäkerheter knutna till de grundläggande parametrarna för de galaxerna. Faktum är att pålitliga avstånd för M31 och M33 är särskilt viktiga mot bakgrund av den nya Hubble-konstantuppskattningen från Planck-satelliten, som kompenseras relativt vissa andra resultat, och den skillnaden hindrar ansträngningarna för att fastställa naturen av mörk energi (den mystiska kraften som teoretiseras som orsakar universums accelererade expansion).
Gieren et al. påpekade att "ett antal nya avståndsbestämningar till M33 ... spänner över ett förvånansvärt stort intervall ... vilket är en anledning till allvarlig oro. Som den näst närmaste spiralgalaxen är en exakt bestämning av [M33: s] avstånd ett avgörande steg i processen att bygga den kosmiska avståndsstegen. " Beträffande M31, Riess et al. 2012 påpekade också att "M31, den närmaste analogen till Vintergalaxen, har länge gett viktiga ledtrådar för att förstå universums skala.“
De nya Gieren och Riess et al. avstånd är baserade på nära infraröda observationer, som är relevanta eftersom strålning från den delen av det elektromagnetiska spektrumet är mindre känslig än optisk data för absorption av damm belägen längs vår siktlinje (se figuren nedan). Att ordentligt redovisa inverkan av damm är ett huvudproblem i det kosmiska distansskalearbetet, eftersom det får mål att verka dimmare. ”olika antaganden om [dammfördjupning] är en viktig källa för skillnaderna mellan de olika avståndsbestämningarna för M33.”Noterade Gieren et al., Och detsamma gäller för avståndet till M31 (se Riess et al.).
Gieren och Riess et al. avstånden till M33 respektive M31 utledes från observationer av Cepheids. Cepheider är en klass av variabla stjärnor som uppvisar periodiska ljusstyrkavariationer (de pulserar radiellt). Cepheider kan användas som avståndsindikatorer eftersom deras pulsationsperiod och genomsnittliga ljusstyrka är korrelerade. Det förhållandet upptäcktes av Henrietta Leavitt i början av 1900-talet. Nedan presenteras en pseudo-period-luminositetsrelation härrörande för M31 Cepheids.
Gieren et al. observerade 26 Cepheider i M33 och etablerade ett avstånd på ~ 2 740 000 ljusår. Teamet tillade att "Som den första moderna nära-infraröda Cepheid-studien [av] M33 sedan ... cirka 30 år ... anser vi detta arbete som för länge”Astronomer citerar ofta avstånd till föremål i ljusår, vilket definierar den tid som krävs för ljus som släpps ut från källan för att nå observatören. Trots att den (begränsade) ljusets hastighet är 300.000.000 m / s måste strålarna köra "astronomiska" avstånd. Att stirra ut i rymden ger en den unika möjligheten att kika tillbaka i tiden.
Avstånden till M33 som visas nedan förmedlar viktiga punkter i utvecklingen av mänsklighetens kunskap. Spridningen nära 1920-talet kommer delvis från en debatt om mjölkvägen och universum är synonyma. Med andra ord, finns galaxer bortom Vintergatan? Ämnet är odödligt i den berömda stora debatten (1920) med H. Shapley och H. Curtis (den senare hävdade för en extragalaktisk skala). Förskjutningen mellan data före 1930 och efter 1980 är delvis en följd av en nästan tvåfaldig ökning av den kosmiska avståndsskalan som erkändes omkring 1950 (se även Fest 2000). Också uppenbart är spridningen förknippad med avstånden efter 1980, vilket bara förstärker vikten av de nya uppskattningarna med hög precision.
Riess et al. erhöll data för cirka 70 Cepheider och bestämde ett avstånd för M31 på ~ 2.450.000 ljusår. Den senare bekräftas av en ny studie av Contreras Ramos et al. 2013 (d ~ 2 540 000 ly), vars avståndsuppskattning förlitade sig på data för stjärnor i ett M31-kluster.
Högklassiga instrument och teleskop behövs för att få tillförlitliga mätningar av stjärnor i galaxer nära 3 000 000 miljoner ljusår bort. Gieren et al. använde 8,2 m Very Large Telescope (Yepun) instrumentet som visas nedan, medan Riess och Contreras Ramos et al. analyserade observationer från Hubble Space Telescope. Riess et al. förvärvade bilder av M31 via den nya Wide-field Camera 3, som ersatte Wide-field och Planetetary Camera 2 ("Kameran som räddade Hubble“) Under det berömda servicemissionen 2009.
De nya resultaten markerar kulminationen på ett århundrades ansträngningsvärt som syftar till att säkerställa exakta avstånd för vår Galaxys lokala spiralkind (M31 och M33). Förskjutningen mellan Planck och vissa Cepheid / SN-baserade bestämningar av Hubble-konstanten kräver dock att forskningen fortsätter för att identifiera osäkerheter i samband med metoderna.
Gieren et al. fynd har accepterats för publicering i Astrophysical Journal (ApJ), och en förtryck finns tillgänglig på arXiv. Både Riess och Contreras Ramos et al. studier publiceras också i ApJ. Den intresserade läsaren som önskar ytterligare information om den kosmiska avståndsskalan och Cepheids kommer att hitta följande resurser relevanta: AAVSO: s artikel om Delta Cephei (namnen för klassen Cepheid-variabler), Freedman & Madore (2010), Tammann & Reindl 2012, Fernie 1969, NASA / IPAC Extragalactic Database, G. Johnsons Miss Leavitt's Stars: The Untold Story of the Woman Who Discovered How to measure the Universe, D. Fernies Setting Sail for the Universe: Astronomers and their Discoveries, Nick Allens The Cepheid Distance Scale : A History, D. Turners klassiska cepheider efter 228 års studier, J. Percys förståelse av variabla stjärnor.
