Observerade fält i NGC 300. Bildkredit: ESO Klicka för förstoring
Cepheid-pulserande stjärnor har använts som avståndsindikatorer sedan den tidiga upptäckten av Henrietta Leavitt för nästan hundra år sedan. Från sina fotografiska uppgifter om en av Vintergatan granngalaxier, Small Magellanic Cloud, fann hon att ljusstyrkan hos dessa stjärnor nära korrelerar med deras pulsationsperioder.
Denna period-ljusstyrka-relation, en gång kalibrerad, möjliggör en exakt avståndsbestämning av en galax när Cepheids har upptäckts i den, och deras perioder och medelstorlekar har uppmättts.
Medan Cepheid-metoden inte når tillräckligt långt i universum för att direkt bestämma kosmologiska parametrar som Hubble-konstanten, har Cepheid-avstånd till relativt närliggande upplösta galaxer lagt grunden för sådant arbete tidigare, som i Hubble Space Telescope Key Project på den extragalaktiska distansskalan. Cepheider utgör verkligen ett av de första stegen i den kosmiska avståndsstegen.
Det nuvarande huvudproblemet med Cepheid-metoden är att dess beroende av en galaxs metallicitet, det vill säga dess innehåll i tyngre delar än väte och helium, aldrig har mätts noggrant hittills. En annan spännande svårighet med metoden är det faktum att den totala absorptionen av Cepheids ljus på väg till Jorden, och i synnerhet mängden absorption i Cepheids värdgalax, måste fastställas exakt för att undvika betydande fel i avståndsbestämningen.
För att hantera detta problem tog Wolfgang Gieren (University of Concepcion, Chile) och hans team ett stort program vid ESO: Araucaria-projektet. Syftet är att få avstånd till relativt närliggande galaxer med en precision som är bättre än 5 procent.
En av de viktigaste galaxerna i teamets Araucaria-projekt är den vackra, nära ansikte-på-galaxen NGC 300 i Sculptor Group. I en bredbildsundersökning som genomfördes vid ESO / MPG 2,2-m-teleskopet på La Silla 1999-2000, hade teamet upptäckt mer än hundra Cepheid-variabler som sträcker sig över ett brett intervall under pulsationsperioden. Bilder av galaxen och några av dess Cepheids från dessa data släpptes i ESO Press Photos 18a-h 2002. Förra året presenterade teamet avståndet till NGC 300 som härrör från dessa optiska bilder i V- och I-band.
Teamet kompletterade detta unika datasätt med nya data tagna med ISAAC nära-infraröd kamera och spektrometer på ESO: s 8,2 m VLT Antu-teleskop.
"Det finns tre väsentliga fördelar i Cepheid-distansarbetet när bilder som erhålls genom nära-infraröda passband används istället för optisk data", säger Wolfgang Gieren. Den viktigaste vinsten är det faktum att absorptionen av stjärnbelysning i det nära-infraröda, och särskilt i K-bandet, minskas dramatiskt jämfört med den effekt som interstellär materia har vid synliga våglängder. En andra fördel är att Cepheid-ljuskurvor i det infraröda har mindre amplituder och är mycket mer symmetriska än deras optiska motsvarigheter, vilket gör det möjligt att mäta en Cepheids medelvärde K-bandets ljusstyrka bara från mycket få, och i princip från bara en observation vid känd pulsationsfas. Däremot kräver optiskt arbete observation av fulla ljuskurvor för att bestämma exakta medelstorlekar. Den tredje grundfördelen i det infraröda är en reducerad känslighet för periodens ljusstyrka i förhållande till metallicitet och att blanda sig med andra stjärnor i de trånga fälten i en avlägsen galax.
Med beaktande av detta har ett av huvudsyften med teamets stora program varit att genomföra observationer av nära infraröd uppföljning av Cepheids i projektets målgalaxer, som tidigare har upptäckts i optiska undersökningar med bred fält.
Djupa bilder i J- och K-band av tre fält i NGC 300 innehållande 16 Cepheider togs med VLT / ISAAC 2003.
"Den höga kvaliteten på uppgifterna möjliggjorde en mycket noggrann mätning av de genomsnittliga J- och K-magnituden för Cepheids från bara två observationer av varje stjärna som erhållits vid olika tidpunkter", säger Grzegorz Pietrzynski, en annan medlem av teamet, också från Concepcion .
Med användning av dessa anmärkningsvärda data konstruerades relationerna mellan period och ljus. ”De är de mest exakta infraröda PL-relationerna som någonsin erhållits för ett Cepheid-prov i en galax utanför de magelliska molnen”, betonar Wolfgang Gieren.
Den totala absorptionen av ljus ("rödnad") av Cepheids i NGC 300 erhölls genom att kombinera värdena för avståndet från galaxen erhållen i de olika optiska och nära-infraröda band där NGC 300 observerades. Detta ledde till upptäckten att det finns ett mycket betydande bidrag till den totala rodnad från absorptionsintrång till NGC 300. Denna inneboende absorption har en viktig effekt på bestämningen av avståndet men hade inte beaktats tidigare.
Teamet kunde mäta avståndet till NGC 300 med den enastående total osäkerheten på bara cirka 3 procent. Astronomerna fann att NGC 300 ligger 6,13 miljoner ljusår bort.
Ursprungskälla: ESO News Release
