Waargenomen velden in NGC 300. Image credit: ESO Klik om te vergroten
Cepheid pulserende sterren worden sinds de vroege ontdekking van Henrietta Leavitt bijna honderd jaar geleden als afstandsindicatoren gebruikt. Uit haar fotografische gegevens over een van de naburige sterrenstelsels van de Melkweg, de Kleine Magelhaense Wolk, ontdekte ze dat de helderheid van deze sterren nauw correleert met hun pulsatieperioden.
Deze relatie tussen periode en helderheid maakt, eenmaal gekalibreerd, een nauwkeurige afstandsbepaling van een sterrenstelsel mogelijk zodra Cepheids erin is ontdekt en hun periodes en gemiddelde grootheden zijn gemeten.
Hoewel de Cepheid-methode niet ver genoeg reikt in het heelal om rechtstreeks kosmologische parameters zoals de Hubble-constante te bepalen, hebben Cepheid-afstanden tot relatief nabije opgeloste sterrenstelsels de basis gelegd voor dergelijk werk in het verleden, zoals in het Hubble Space Telescope Key Project op de Extragalactische afstandsschaal. Cepheids vormt inderdaad een van de eerste stappen op de kosmische afstandsladder.
Het huidige grootste probleem met de Cepheid-methode is dat de afhankelijkheid van de metalliciteit van een sterrenstelsel, dat wil zeggen het gehalte aan elementen die zwaarder zijn dan waterstof en helium, tot nu toe nooit nauwkeurig is gemeten. Een andere intrigerende moeilijkheid met de methode is het feit dat de totale absorptie van het licht van de Cepheid op weg naar de aarde, en met name de hoeveelheid absorptie in het gaststelsel van de Cepheid, nauwkeurig moet worden vastgesteld om significante fouten bij de bepaling van de afstand te voorkomen.
Om dit probleem aan te pakken, bedachten Wolfgang Gieren (Universiteit van Concepcion, Chili) en zijn team een groot programma bij ESO: het Araucaria-project. Het doel is om afstanden tot relatief nabije sterrenstelsels te verkrijgen met een precisie beter dan 5 procent.
Een van de belangrijkste sterrenstelsels van het Araucaria-project van het team is het prachtige, nabij gelegen sterrenstelsel NGC 300 in de Sculptor Group. In een wide-field beeldvormingsonderzoek, uitgevoerd met de ESO / MPG 2,2-meter telescoop op La Silla in 1999-2000, had het team meer dan honderd Cepheid-variabelen ontdekt die een breed bereik bestrijken in pulsatieperiode. Afbeeldingen van de melkweg en een deel van de Cepheids uit deze gegevens werden in 2002 vrijgegeven in ESO Press Photos 18a-h. Vorig jaar presenteerde het team de afstand van NGC 300 zoals afgeleid van deze optische afbeeldingen in V- en I-banden.
Het team heeft deze unieke dataset aangevuld met nieuwe gegevens die zijn genomen met de ISAAC nabij-infraroodcamera en spectrometer op ESO's 8,2 m VLT Antu-telescoop.
"Er zijn drie substantiële voordelen in het Cepheid-afstandswerk wanneer afbeeldingen worden gebruikt die zijn verkregen via nabij-infrarood-pasbanden in plaats van optische gegevens", zegt Wolfgang Gieren. De belangrijkste winst is het feit dat de opname van sterrenlicht in het nabij-infrarood, en met name in de K-band, dramatisch wordt verminderd in vergelijking met het effect dat interstellaire materie heeft op zichtbare golflengten. Een tweede voordeel is dat Cepheid-lichtkrommen in het infrarood kleinere amplituden hebben en veel symmetrischer zijn dan hun optische tegenhangers, waardoor het mogelijk is om de gemiddelde K-band-helderheid van een Cepheid slechts van een paar te meten, en in principe van slechts één waarneming bij bekende pulsatiefase. Daarentegen vereist optisch werk de waarneming van volledige lichtkrommen om nauwkeurige gemiddelde grootten te bepalen. Het derde basisvoordeel in het infrarood is een verminderde gevoeligheid van de periode-helderheidrelatie met de metalliciteit, en voor het mengen met andere sterren in de overvolle velden van een verre melkweg.
Hiermee rekening houdend, was een van de belangrijkste doelen van het grote programma van het team het uitvoeren van bijna-infrarood follow-up observaties van Cepheids in de doelstelsels van hun project, die eerder werden ontdekt in optische grootveldonderzoeken.
Diepe beelden in de J- en K-banden van drie velden in NGC 300 die 16 Cepheids bevatten, werden in 2003 met VLT / ISAAC gemaakt.
"De hoge kwaliteit van de gegevens maakte een zeer nauwkeurige meting mogelijk van de gemiddelde J- en K-magnitudes van de Cepheids uit slechts 2 waarnemingen van elke ster verkregen op verschillende tijdstippen", zegt Grzegorz Pietrzynski, een ander teamlid, ook van Concepcion .
Met behulp van deze opmerkelijke gegevens werden de relaties tussen periode en helderheid geconstrueerd. "Het zijn de meest nauwkeurige infrarood PL-relaties ooit verkregen voor een Cepheid-monster in een melkwegstelsel buiten de Magelhaense Wolken", benadrukt Wolfgang Gieren.
De totale absorptie van licht ("rood worden") van de Cepheids in NGC 300 werd verkregen door de waarden voor de afstand van de melkweg te combineren die werden verkregen in de verschillende optische en nabij-infrarode banden waarin NGC 300 werd waargenomen. Dit leidde tot de ontdekking dat er een zeer significante bijdrage is aan de totale roodheid van de intrinsieke absorptie tot NGC 300. Deze intrinsieke absorptie heeft een belangrijk effect op de bepaling van de afstand, maar was voorheen niet in aanmerking genomen.
Het team kon de afstand tot NGC 300 meten met de ongekende totale onzekerheid van slechts ongeveer 3 procent. De astronomen ontdekten dat NGC 300 6,13 miljoen lichtjaar verwijderd is.
Oorspronkelijke bron: ESO-persbericht
