tajemnice kosmosu



Sukces polskich naukowców



Na łamach prestiżowego tygodnika "Nature" ukazał się artykuł przedstawiający wyniki kilkuletnich badań unikalnego systemu gwiazdowego znajdującego się w galaktyce bliskiej Drodze Mlecznej - Wielkim Obłoku Magellana. Autorami publikacji są członkowie międzynarodowego zespołu naukowców kierowanego przez prof. Grzegorza Pietrzyńskiego z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego.

Badany układ składa się z dwóch wielkich, związanych siłami grawitacyjnymi gwiazd nazywanych przez astronomów olbrzymami, krążących po orbitach wokół środka masy układu z okresem 310 dni.

Tego typu układów jest we Wszechświecie sporo, przez co odkrycie kolejnego nie byłoby niczym szczególnym. Jednak analizowany system jest ze wszech miar unikalny. Jednym z jego składników jest bowiem gwiazda zmienna zaliczana do klasy gwiazd pulsujących nazywanych przez astronomów klasycznymi cefeidami.

Cefeidy, to grupa gwiazd, których nazwa pochodzi od jednej z pierwszych odkrytych gwiazd tego typu znajdującej się w gwiazdozbiorze Cefeusza. W pewnym etapie życia - gdy gwiazda osiąga rozmiary kilkadziesiąt razy większe niż Słońce - wytwarzają się w nich warunki sprzyjające powstawaniu pulsacji zewnętrznych warstw. Okresowym, kilkuprocentowym zmianom ulega promień gwiazdy i temperatura powierzchni. W rezultacie obserwator rejestruje charakterystyczne, okresowe zmiany jasności gwiazdy. Mimo że obiekty tego typu znane są już od setek lat, nadal kryją w sobie wiele nierozstrzygniętych zagadek.

W 1968 roku zwrócono uwagę na to, że masy cefeid, które są podstawowym parametrem determinującym ich własności i przyszłe losy, przewidywane przez teorie ewolucji i pulsacji gwiazd różnią się o około 20%. Niezgodność ta spędzała astronomom sen z oczu, gdyż jasno wskazywała na nieprawidłowości w naszym rozumieniu fizyki gwiazd. Rozwiązaniem problemu mógłby być niezależny, bezpośredni pomiar mas cefeid. Niestety, wszystkie dotychczasowe próby pomiaru mas cefeid obarczone były bardzo dużymi błędami sięgającymi 30%. Nie pozwoliły więc rozstrzygnąć, która teoria przewiduje poprawną masę tych obiektów. Problem związany z masami cefeid pozostawał nierozwiązany przez ponad 40 lat.

- Cefeidy są obecnie jednymi z najważniejszych obiektów astronomicznych - wyjaśnia prof. Pietrzyński. - Od ponad wieku ich obserwacje dostarczają bezcennych informacji o teorii ewolucji gwiazd, ale przede wszystkim, cefeidy służą do pomiaru odległości we Wszechświecie, jako tzw. wzorce odległości (w nomenklaturze astronomicznej - świece standardowe). Dlatego pełne zrozumienie fizyki tych gwiazd jest niezmiernie istotne dla wielu dziedzin astronomii, a zwłaszcza dla ustalenia precyzyjnej skali odległości we Wszechświecie - dodaje prof. Pietrzyński.

Przełom w badaniach związanych z wyznaczaniem mas cefeid nastąpił w 2008 roku, gdy kierowany przez prof. Andrzeja Udalskiego z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego, zespół projektu OGLE odkrył bardzo szczególny układ dwóch gwiazd.

- W układzie tym, katalogowo nazwanym OGLE-LMC-CEP-0227, cefeida wraz z drugą gwiazdą okrążają się nawzajem. Ponieważ kąt, pod jakim z Ziemi można obserwować ten układ jest dostatecznie duży - zauważalne się również cykliczne zmiany jasności układu spowodowane zakrywaniem cefeidy przez jej towarzysza i na odwrót - czyli zaćmienia" - mówi dr hab. Igor Soszyński z Obserwatorium Astronomicznego UW, odkrywca obiektu. - To pierwszy znany system zaćmieniowy zawierający klasyczną cefeidę - dodaje astronom.

W przypadku układów zaćmieniowych gwiazd w oparciu o zaobserwowane zmiany jasności oraz pomiary prędkości gwiazd na orbicie, stosując bardzo proste prawa fizyki, można z doskonałą precyzją, ograniczoną jedynie dokładnością obserwacji, wyznaczać podstawowe parametry gwiazd, w tym ich masę.

- Precyzyjne pomiary zmian jasności odkrytego obiektu zostały zebrane przez projekt OGLE w ciągu kilkunastoletniego monitorowania dziesiątków milionów gwiazd w Wielkim Obłoku Magellana - podkreśla prof. Udalski. - Do pełni szczęścia brakowało nam tylko pomiarów prędkości składników, które, by uzyskać maksymalną dokładność, musiały być wykonane przy użyciu największych teleskopów - dodaje.

Tę część projektu i ostateczną analizę układu zrealizowano w ramach międzynarodowego projektu Araucaria, którego jednym z liderów jest prof. Pietrzyński. Do wykonania szeregu bardzo dokładnych pomiarów prędkości obydwu składników użyto 6,5 metrowego teleskopu Magellana w obserwatorium Las Campanas w Chile oraz 3,6 metrowego teleskopu ESO w La Silla w Chile wyposażonych w najdokładniejsze na świecie spektrografy.

- Wyznaczona masa cefeidy w systemie OGLE-LMC-CEP-0227 okazała się 4,17 razy większa od masy Słońca, a osiągnięta precyzja pomiaru jest rzędu jednego procenta - mówi prof. Pietrzyński. - To dokładność mniej więcej taka, z jaką kontrolujemy swoją wagę na wadze łazienkowej, a pamiętać trzeba, że "ważenia" gwiazdy dokonujemy z odległości 160 tysięcy lat świetlnych - dodał.

Porównanie tego tak precyzyjnego wyniku pomiaru masy z rozważaniami teoretycznymi pozwala rozwiązać wieloletni problem związany z masami cefeid. - Teraz już wiemy, że masy cefeid przewidywane przez teorię ewolucji gwiazd są o 20 proc. za duże - wyjaśnia prof. Pietrzyński. - Natomiast teoria pulsacji gwiazd przewiduje je dużo dokładniej - dodaje.

Wyznaczenie masy cefeidy to dopiero pierwszy krok w badaniach systemu OGLE-LMC-CEP-0227. Dodatkowe obserwacje powinny przynieść szereg ciekawych wyników dotyczących budowy i fizyki cefeid, ale przede wszystkim pozwolić dokładnie skalibrować zależność okres-jasność cefeid, będącą podstawą pomiaru odległości we Wszechświecie.

Precyzyjne ważenie i wyznaczanie innych parametrów tych niezwykle ważnych dla współczesnej astrofizyki gwiazd będzie kontynuowane przez polskich astronomów w najbliższych latach. W opracowywanym przez zespół projektu OGLE największym na świecie katalogu nowoodkrytych gwiazd zmieniających jasność jest wiele kandydatek do dalszych dokładnych badań.

Pełen katalog będzie liczył w sumie ponad milion nowych obiektów zmiennych. "To o ponad rząd wielkości więcej niż dotychczas znano. Na przykład w Obłokach Magellana odkryliśmy już ponad sto tysięcy różnego typu gwiazd pulsujących, w tym kilka nieznanych dotąd cefeid w układach zaćmieniowych podobnych do OGLE-LMC-CEP-0227" - mówi twórca Katalogu Gwiazd Zmiennych, dr hab. Igor Soszyński. "Pierwsze wykonane już pomiary prędkości wskazują, że będą to kolejne świetne obiekty do precyzyjnego ich ważenia i wyznaczania innych parametrów fizycznych" - dodaje prof. Pietrzyński.

Projekt OGLE (http://ogle.astrouw.edu.pl.) to jeden z największych przeglądów nieba na świecie. Jest prowadzony w Obserwatorium Las Campanas w Chile od blisko dwudziestu lat przez polskich astronomów z Obserwatorium Astronomicznego UW. Projekt ma na swym koncie regularne, głośne odkrycia w wielu najważniejszych dziedzinach współczesnej astrofizyki - takich jak poszukiwanie planet pozasłonecznych, mikrosoczewkowanie grawitacyjne, budowa Galaktyki, astronomia gwiazdowa, a ostatnio również poszukiwanie planet karłowatych w Układzie Słonecznym. Między innymi kształt zależności okres-jasność cefeid, służącej do wyznaczania odległości we Wszechświecie, wyznaczony na podstawie wyników projektu OGLE jest podstawą kosmicznej skali odległości.

"Ogromnie cieszę się, że dołożyliśmy kolejną cegiełkę do gmachu naszej wiedzy o Wszechświecie wyjaśniając problem mas Cefeid" - komentuje ostatnie odkrycie szef zespołu OGLE - prof. Andrzej Udalski.

Projekt Araucaria (https://sites.google.com/site/araucariaproject/home), prowadzony we współpracy z astronomami z Chile, USA i Włoch, ma na celu ustalenie precyzyjnej skali odległości we Wszechświecie. W ostatnich latach zasłynął dokładnymi wyznaczeniami odległości do pobliskich galaktyk, w tym wzorca odległości we Wszechświecie - Wielkiego Obłoku Magellana. Lider zespołu - prof. Grzegorz Pietrzyński - wyróżniony został ostatnio prestiżowym grantem naukowym w programie TEAM Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej. Grant zostanie przeznaczony na dalszy rozwój badań i zespołu badawczego.

W zespole analizującym układ OGLE-LMC-CEP-0227 znalazło się jeszcze dwóch astronomów z Polski: dr Dariusz Graczyk i dr Bogumił Pilecki (pracujący obecnie w zespole projektu Araucaria w Uniwersytecie w Concepcion w Chile).

Tytuł praca, która pojawiła się w dzisiejszym wydaniu "Nature" (468, 542, 2010) to "The dynamical mass of a classical Cepheid variable star in an eclipsing binary system" (pełna lista autorów: G. Pietrzyński, I.B. Thompson, W. Gieren, D. Graczyk, G. Bono, A. Udalski, I. Soszyński, D. Minitti, B. Pilecki).

Praca o odkryciu układu OGLE-LMC-CEP-0227 opublikowana została w kwartalniku Acta Astronomica (58, 163) w 2008 roku ("The Optical Gravitational Lensing Experiment. The OGLE-III Catalog of Variable Stars. I. Classical Cepheids in the Large Magellanic Cloud", I. Soszyński, R. Poleski, A. Udalski, M.K. Szymański, M. Kubiak, G. Pietrzyński, Ł. Wyrzykowski, O. Szewczyk K. Ulaczyk).

Projekt OGLE jest współfinansowany przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego oraz Europejską Radę ds. Badań Naukowych (ERC, program IDEAS Advanced Grants dla prof. Andrzeja Udalskiego)

Projekt Araucaria jest współfinansowany przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego oraz Fundację na Rzecz Nauki Polskiej.















góra  strony...





Dorota Kuryło