Perioada de dependență – luminozitate

Perioada de dependență - luminozitate ( ing.  relație perioadă-luminozitate ) - un raport care leagă luminozitatea unei variabile stele care pulsa și perioada de pulsație a acesteia. Cea mai cunoscută relație pentru Cefeidele clasice este uneori numită legea lui Leavitt . [1] Descoperită în 1908 de Henrietta Swan Leavitt, relația a făcut posibilă utilizarea Cefeidelor ca lumânări standard pentru scalarea distanțelor galactice și extragalactice. [2] [3] [4] [5] [6] [7]

Istorie

Leavitt, absolvent al Colegiului Radcliffe , a lucrat la Observatorul Harvard ca calculator ; ea a fost angajată în analiza plăcilor fotografice, măsurarea și catalogarea luminozității stelelor. Directorul observatorului, Edward Charles Pickering , l-a angajat pe Leavitt să studieze stelele variabile din Norii Magellanic Mari și Mici , care au fost observați la stația Observatorului Harvard din Peru. Leavitt a descoperit 1777 de stele variabile, dintre care 47 le-a clasificat drept Cefeide. În 1908, ea a publicat rezultatele în Annals of the Harvard College Astronomical Observatory , menționând că cefeidele de înaltă luminozitate au avut o perioadă lungă de pulsație. [10] Pe baza acestei lucrări, Leavitt a examinat cu atenție relația rezultată dintre perioada și luminozitatea unui eșantion de 25 de Cefeide din Micul Nor Magellanic publicat în 1912. [8] Acest articol a fost trimis și semnat de Pickering, deși prima propoziție a menționat că lucrarea a fost pregătită de domnișoara Leavitt.

Într-o lucrare din 1912, Leavitt a trasat mărimea obiectelor în funcție de logaritmul perioadei și a determinat că, potrivit ei, se pot trasa două linii drepte prin punctele corespunzătoare maximelor și minimelor luminozității, adică acolo este o relație simplă între mărimea Cefeidelor și perioada lor de pulsație . [8] Folosind ipoteza simplificatoare că toate Cefeidele din Micul Nor Magellanic sunt situate la aproximativ aceeași distanță, se poate considera că mărimea aparentă a fiecărei stele corespunde mărimii absolute deplasate de un număr fix legat de distanță. Această ipoteză i-a permis lui Leavitt să arate că logaritmul perioadei de pulsație este legat liniar de logaritmul luminozității medii a Cefeidei în domeniul optic. [unsprezece]

În același timp, parametrul de scalare era necunoscut, deoarece distanța exactă până la Norii Magellanic nu era cunoscută. Leavitt și-a exprimat speranța că paralaxele până la unele Cefeide ar putea fi măsurate; la un an de la publicarea rezultatelor, Leavitt Einar Hertzsprung a determinat distanțele până la câteva Cefeide ale Căii Lactee. Folosindu-le ca o calibrare, a fost posibil să se determine distanța până la orice Cefeid cu o perioadă de pulsație cunoscută. [unsprezece]

Relația a fost folosită de Harlow Shapley în 1918 pentru a determina distanțele până la clusterele globulare și mărimile absolute ale stelelor variabile din clustere. La acel moment, nu se știa încă că există o diferență în raporturile pentru diferite tipuri de stele variabile, clasificate în general ca Cefeide. Diferența a fost confirmată de Edwin Hubble în lucrarea sa din 1931 despre clusterele globulare din jurul galaxiei Andromeda . Nicio soluție la problemă nu a putut fi găsită până în anii 1950 și abia atunci s-a dovedit că cefeidele de tipul II de populație sunt sistematic mai slabe decât cefeidele de tip I. Stelele variabile din clustere ( variabile RR Lyrae ) sunt și mai slabe. [12]

Rapoarte

Dependența luminozității de perioadă este cunoscută pentru mai multe tipuri de stele variabile pulsante: populație de tip I cefeide, populație de tip II de cefeide, stele RR Lyrae, Miras și alte stele variabile cu perioadă lungă . [13]

Cefeidele clasice

Relația perioadă-luminozitate pentru Cefeidele clasice a fost calibrată de mulți astronomi în timpul secolului al XX-lea, începând cu Hertzsprung. [14] Calibrarea prezintă o serie de provocări; cu toate acestea, în 2007, Benedict și colegii au creat o calibrare robustă bazată pe paralaxele trigonometrice măsurate de Hubble ale celor 10 Cefeide cele mai apropiate de Soare. [15] În 2008, astronomii ESO au determinat distanța până la Cepheid RS Puppis la 1% din datele ecoului luminos de la nebuloasa în care este încorporată steaua. [16] Cu toate acestea, acest rezultat este contestat într-un număr de lucrări. [17]

Pentru Cefeidele din primul tip de populație, există următoarea relație între perioada de pulsație P și magnitudinea stelară absolută medie M v , obținută din datele privind paralaxele trigonometrice a 10 Cefeide cele mai apropiate de Soare:

unde P se măsoară în zile. [18] [15] De asemenea, puteți utiliza următoarea relație pentru a calcula distanța d până la Cefeide:

[cincisprezece]

sau

[19]

I și V sunt valorile medii ale mărimii aparente în infraroșul apropiat și părțile vizibile ale spectrului.

Influență

Cefeidele clasice (cunoscute și sub numele de Cefeide ale populației I sau variabile Delta Cephei) experimentează pulsații cu perioade bine conservate, de la zile la luni. Cefeidele au fost descoperite în 1784 de Edward Pigott . Primul obiect de acest tip care a fost descoperit a fost Eta Orla , [20] iar câteva luni mai târziu John Goodryke a descoperit variabilitatea în Delta Cephei, care a dat numele întregii clase de stele variabile de acest tip. [21] Majoritatea Cefeidelor dezvăluie un model de curbă de lumină caracteristică: o creștere rapidă a luminozității și un vârf ascuțit pe măsură ce trece la o scădere a luminii.

Cefeidele clasice sunt de 4-20 de ori mai masive decât Soarele [22] și de până la 100.000 de ori mai strălucitoare. [23] Astfel de cefeide sunt giganți galbeni strălucitori și supergiganți din clasele spectrale F6-K2, iar razele lor pot varia cu până la 10% într-un ciclu de pulsații. [24]

Lucrarea lui Leavitt asupra Cefeidelor din Norii Magellanic a condus la descoperirea unei relații între luminozitatea și perioada pulsului Cefeidelor. Descoperirea sa a permis astronomilor să măsoare distanța până la alte galaxii. De-a lungul timpului, Cefeidele au fost descoperite în alte galaxii, precum Galaxia Andromeda (Edwin Hubble, 1923-24), după care a devenit clar că „nebuloasele spirale” sunt galaxii independente în afara Căii Lactee. Descoperirea lui Leavitt i-a permis lui Harlow Shapley să arate că Soarele nu se află în centrul galaxiei, iar lui Edwin Hubble să demonstreze că Calea Lactee nu se află în centrul Universului. A început o nouă etapă a astronomiei, legată de studiul structurii și scării Universului. [25] Hubble credea că Leavitt merită Premiul Nobel pentru munca ei, [26] a fost nominalizată pentru o bursă a Academiei Suedeze de Științe în 1924, dar la numai trei ani după moartea ei. [27] [28] .

Note

  1. ↑ Sloan Digital Sky Survey (9 ianuarie 2018). Un secol de cefeide: doi astronomi, la o sută de ani unul de celălalt, folosesc stele pentru a măsura Universul . Comunicat de presă . Arhivat din original la 20 septembrie 2020. Preluat la 23 septembrie 2019 .
  2. ↑ Udalski, A.; Soszynski, I.; Szymanski, M.; Kubiak, M.; Pietrzynski, G.; Wozniak, P.; Zebrun, K. The Optical Gravitational Lensing Experiment. Cefeide în Norii Magellanic. IV. Catalogul Cefeidelor din Marele Nor Magellanic  //  Acta Astronomica : jurnal. - 1999. - Vol. 49 . - P. 223-317 . - Cod biblic . — arXiv : astro-ph/9908317 .
  3. ↑ Soszynski, I.; Poleski, R.; Udalski, A.; Szymanski, M.K.; Kubiak, M.; Pietrzynski, G.; Wyrzykowski, L.; Szewczyk, O.; Ulaczyk, K. The Optical Gravitational Lensing Experiment. Catalogul OGLE-III al stelelor variabile. I. Cefeidele clasice în Norul Mare al Magellanului  //  Acta Astronomica : jurnal. - 2008. - Vol. 58 . — P. 163 . — Cod biblic . - 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, Olanda C.; Graham, John A.; Huchra, John P.; Hughes, Shaun M.G.; Illingworth, Garth D.; Macri, Lucas M.; Stetson, Peter B. Rezultatele finale ale telescopului spațial Hubble Proiectul cheie pentru a măsura constanta Hubble  //  The Astrophysical Journal  : jurnal. - Editura IOP , 2001. - Vol. 553 , nr. 1 . - P. 47-72 . - doi : 10.1086/320638 . - Cod biblic . - arXiv : astro-ph/0012376 .
  5. ↑ Tammann, G.A.; Sandage, A.; Reindl, B. Câmpul de expansiune: valoarea lui H 0  //  The Astronomy and Astrophysics Review : jurnal. - 2008. - Vol. 15 , nr. 4 . - P. 289-331 . - doi : 10.1007/s00159-008-0012-y . - Cod biblic . - arXiv : 0806.3018 .
  6. ↑ Majaess, DJ; Turner, DG; Lane, DJ Caracteristicile galaxiei conform cefeidelor  // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society  : journal  . - Oxford University Press , 2009. - Vol. 398 , nr. 1 . - P. 263-270 . - doi : 10.1111/j.1365-2966.2009.15096.x . - Cod . - arXiv : 0903.4206 .
  7. ↑ Freedman, Wendy L.; Madore, Barry F.  The Hubble Constant  // Revizuirea anuală a astronomiei și astrofizicii : jurnal. - 2010. - Vol. 48 . - P. 673-710 . - doi : 10.1146/annurev-astro-082708-101829 . - Cod biblic . - arXiv : 1004.1856 .
  8. ↑ 1 2 3 Leavitt, Henrietta S.; Pickering, Edward C. Periods of 25 Variable Stars in the Small Magellanic Cloud  //  Harvard College Observatory Circular : journal. - 1912. - Vol. 173 . - P. 1-3 . — Cod biblic .
  9. ↑ Kerri Malatesta. Delta Cephei . Asociația Americană a Observatorilor Stelelor Variabile (16 iulie 2010). Preluat la 22 octombrie 2019. Arhivat din original la 6 septembrie 2015.
  10. ^ Leavitt, Henrietta S. 1777 variables in the Magellanic Clouds // Annals of Harvard College Observatory. - 1908. - T. 60 . - S. 87-108 . — Cod biblic .
  11. ↑ 1 2 Fernie, JD Relația perioadă-luminozitate: o revizuire istorică  // Publicații ale Societății Astronomice din Pacific  : jurnal  . - 1969. - Decembrie ( vol. 81 , nr. 483 ). — P. 707 . - doi : 10.1086/128847 . - Cod biblic .
  12. ↑ Baade, W. The Period-Luminosity Relation of the Cepheids  // Publications of the Astronomical Society of the Pacific  : journal  . - 1956. - Vol. 68 , nr. 400 . — P. 5 . - doi : 10.1086/126870 . - Cod biblic .
  13. ↑ Sesar, Branimir; Fouesneau, Morgan; Price-Whelan, Adrian M.; Bailer-Jones, Coryn AL; Gould, Andy; Rix, Hans-Walter. O abordare probabilistică a potrivirii relațiilor dintre perioada și luminozitatea și validarea paralaxelor Gaia  //  The Astrophysical Journal  : journal. - Editura IOP , 2017. - Vol. 838 , nr. 2 . — P. 107 . doi : 10.3847 /1538-4357/aa643b . — Cod biblic .
  14. ↑ Hertzsprung, Ejnar. Über die räumliche Verteilung der Veränderlichen vom δ Cephei-Typus  (germană)  // Astronomische Nachrichten  : magazin. - Wiley-VCH , 1913. - Bd. 196 . — S. 201 . - Cod biblic .
  15. ↑ 1 2 3 Benedict, G. Fritz; McArthur, Barbara E.; Feast, Michael W.; Barnes, Thomas G.; Harrison, Thomas E.; Patterson, Richard J.; Menzies, John W.; Bean, Jacob L.; Freedman, Wendy L. Telescopul spațial Hubble Senzor de ghidare fină Paralaxele stelelor variabile cefeide galactice: Relații perioada-luminozitate  //  The Astronomical Journal  : journal. - Editura IOP , 2007. - Vol. 133 , nr. 4 . - P. 1810 . - doi : 10.1086/511980 . - Cod biblic . — arXiv : astro-ph/0612465 .
  16. ↑ Kervella, P.; Merand, A.; Szabados, L.; Fouque, P.; Bersier, D.; Pompei, E.; Perrin, G. The lung-period Galactic Cepheid RS Puppis  (engleză)  // Astronomy and Astrophysics  : journal. - 2008. - Vol. 480 . - P. 167 . - doi : 10.1051/0004-6361:20078961 . - . - arXiv : 0802.1501 .
  17. ↑ Bond, H.E.; Sparks, WB Despre determinarea geometrică a distanței la Cepheid RS Puppis din ecourile sale luminoase  // Astronomy and Astrophysics  : journal  . - 2009. - Vol. 495 , nr. 2 . — P. 371 . - doi : 10.1051/0004-6361:200810280 . - Cod biblic . - 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.; Povestea, D.; Whipple, A.L.; Bradley, AJ Astrometria cu telescopul spațial Hubble: o paralaxă a calibratorului de distanță fundamentală δ Cephei  //  The Astronomical Journal  : jurnal. - Editura IOP , 2002. - Vol. 124 , nr. 3 . - P. 1695 . - doi : 10.1086/342014 . - Cod biblic . - arXiv : astro-ph/0206214 .
  19. ↑ Majaess, Daniel; Turner, David; Moni Bidin, creştin; Mauro, Francesco; Geisler, Douglas; Gieren, Wolfgang; Minnity, Dante; Chené, André-Nicolas; Lucas, Filip; Borissova, Jura; Kurtev, Radostn; Dekany, Istvan; Saito, Roberto K. Noi dovezi care susțin calitatea de membru pentru TW Nor în Lyngå 6 și brațul spiralat Centaurus  //  The Astrophysical Journal  : journal. - Editura IOP , 2011. - Vol. 741 , nr. 2 . — P.L27 . - doi : 10.1088/2041-8205/741/2/L27 . - Cod biblic . - arXiv : 1110.0830 .
  20. ↑ Pigott, Edward. Observații ale unei noi stele variabile  (engleză)  // Philosophical Transactions of the Royal Society  : journal. - 1785. - Vol. 75 . - P. 127-136 . - doi : 10.1098/rstl.1785.0007 . - Cod biblic .
  21. ↑ Goodricke, John. O serie de observații și o descoperire a perioadei de variație a luminii stelei marcate δ de Bayer, lângă capul lui Cepheus. Într-o scrisoare a lui John Goodricke, Esq. lui Nevil Maskelyne, DDFRS și Astronomer Royal  (engleză)  // Philosophical Transactions of the Royal Society of London  : journal. - 1786. - Vol. 76 . - P. 48-61 . - doi : 10.1098/rstl.1786.0002 . - Cod biblic .
  22. ^ Turner, David G. Progenitors of Classical Cepheid Variables // Journal of the Royal Astronomical Society of Canada. - 1996. - T. 90 . - S. 82 . — Cod biblic .
  23. ↑ Turner, David G. Calibrarea PL pentru Cefeidele Căii Lactee și implicațiile sale pentru scara distanței  //  Astrofizică și știință spațială : jurnal. - 2010. - Vol. 326 , nr. 2 . - P. 219-231 . - doi : 10.1007/s10509-009-0258-5 . - Cod biblic . - arXiv : 0912.4864 .
  24. ↑ Rodgers, A.W. Variația razei și tipul populației de variabile cefeide  // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society  : journal  . - Oxford University Press , 1957. - Vol. 117 . - P. 85-94 . - doi : 10.1093/mnras/117.1.85 . - Cod biblic .
  25. ^ „1912: Henrietta Leavitt descoperă cheia distanței”. Cosmologie de zi cu zi. Np, n.d. Web. 20 oct 2014. 1912: Henrietta Leavitt descoperă cheia distanței | Cosmologie de zi cu zi (link nu este disponibil) . Consultat la 5 octombrie 2016. Arhivat din original pe 4 iunie 2014. 
  26. ↑ Ventrudo, Brian Mile Markers to the Galaxies (link indisponibil) . Astronom de un minut (19 noiembrie 2009). Preluat la 24 septembrie 2019. Arhivat din original la 12 martie 2015. 
  27. ↑ Singh, Simon Big Bang: Originea Universului . — Harper Perennial, 2005. - ISBN 978-0-00-715252-0 .
  28. ↑ Johnson, George. Stelele domnișoarei Leavitt: Povestea nespusă a femeii care a descoperit cum să măsoare universul  (engleză) . — 1-a. - New York: Norton, 2005. - ISBN 978-0-393-05128-5 .
  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii