M31 und M33 sind zwei der nächsten Spiral- Galaxien und kann die Grundlage bilden, um Entfernungen zu weiter entfernten Spiralgalaxien zu bestimmen und die Expansionsrate des Universums einzuschränken ( die Hubble-Konstante ). Daher die Relevanz und Bedeutung mehrerer neuer Studien, die sich beschäftigten Nah-Infrarot Daten zum Festlegen von festen Abständen für M31 (Andromeda) und M33 (Triangulum) (z. B. Gierenet al. 2013 ) und zielte darauf ab, bestehende Unsicherheiten im Zusammenhang mit den fundamentalen Parametern dieser Galaxien zu verringern. Tatsächlich sind zuverlässige Abstände für M31 und M33 besonders wichtig angesichts der neue Schätzung der Hubble-Konstanten vom Planck-Satelliten , die im Vergleich zu bestimmten anderen Ergebnissen ausgeglichen ist, und dieser Unterschied behindert die Bemühungen, die Art von . zu ermitteln dunkle Energie (die mysteriöse Kraft, von der angenommen wird, dass sie die beschleunigte Expansion des Universums verursacht).
Gierenet al. bemerkte, dass 'eine Reihe neuer Entfernungsbestimmungen zu M33 … überspannen einen überraschend großen Zeitraum … was Anlass zu ernsthafter Besorgnis gibt. Als zweitnächste Spiralgalaxie ist eine genaue Bestimmung der Entfernung von [M33] ein entscheidender Schritt beim Aufbau der kosmische Distanzleiter . 'Bezüglich M31, Riess et al. 2012 bemerkte ebenfalls, dass „M31, das nächste Analogon der Milchstraße, liefert seit langem wichtige Hinweise zum Verständnis der Größenordnung des Universums.'
Das neue Geier und Riess et al. Entfernungen basieren auf Nah-Infrarot Beobachtungen, die relevant sind, weil die Strahlung von diesem Teil des elektromagnetisches Spektrum ist weniger empfindlich als optische Daten gegenüber der Absorption durch Staub, der sich entlang unserer Sichtlinie befindet (siehe Abbildung unten). Die korrekte Berücksichtigung der Staubeinwirkung ist ein Hauptproblem bei der Arbeit mit kosmischen Entfernungsskalen, da Ziele dadurch dunkler erscheinen. “unterschiedliche Annahmen über [Staubverdunkelung] sind eine Hauptquelle für die Diskrepanzen zwischen den verschiedenen Entfernungsbestimmungen für M33.” bemerkt Gierenet al. , und das gleiche gilt für die Entfernung zu M31 (siehe Riess et al. ).
Optische und Nah-Infrarot Bilder zeigen, wie Staub das von Zielen entlang der Sichtlinie emittierte Licht verdeckt und dass der Grad der Verdunkelung wellenlängenabhängig . Die neuen Abstände für M31 und M33 basieren auf Nah-Infrarot Beobachtungen, die weniger empfindlich auf diese Verdunkelung reagieren (Bildnachweis: Alveset al. 2001) .
Die Geier und Riess et al. Entfernungen zu M33 bzw. M31 wurden aus Beobachtungen von Cepheiden . Cepheiden sind eine Klasse variabler Sterne die periodische Helligkeitsschwankungen aufweisen ( sie pulsieren radial ). Cepheiden können als Entfernungsindikatoren verwendet werden, da ihre Pulsationsdauer und die mittlere Leuchtkraft korreliert sind. Diese Beziehung wurde entdeckt von Henrietta Leavitt in den frühen 1900ern. Eine für M31 . abgeleitete Pseudoperioden-Leuchtkraft-Beziehung Cepheiden wird unten vorgestellt.
Gierenet al. beobachtete 26 Cepheiden in M33 und stellte eine Entfernung von ~2.740.000 . fest Lichtjahre . Das Team fügte hinzu: „Als erster moderner Nah-Infrarot Cepheiden Studie [von] M33 seit … rund 30 Jahren … wir halten diese Arbeit für längst überfällig …” Astronomen nennen oft Entfernungen zu Objekten in Lichtjahre , die die Zeit definiert, die das von der Quelle emittierte Licht benötigt, um den Beobachter zu erreichen. Trotz der (endlichen) Lichtgeschwindigkeit von 300.000.000 m/s müssen die Strahlen „astronomische“ Distanzen zurücklegen. Der Blick ins All bietet die einmalige Gelegenheit, in die Vergangenheit zurückzublicken.
Es besteht eine Beziehung zwischen a Cepheids periodische Helligkeitsschwankungen und ihre mittlere Leuchtkraft. Astronomen nutzen diesen Trend, der Anfang des 20. Jahrhunderts von . entdeckt wurde Henrietta Leavitt , um Entfernungen zu Galaxien zu bestimmen, die beherbergen Cepheiden . In der obigen Abbildung zeigt die horizontale Achse die Pulsationsperiode und die vertikale Achse definiert einen Stellvertreter für die Leuchtkraft (Bildnachweis: Abb. 2 von Riess et al. , arXiv /ApJ).
Die unten gezeigten Entfernungen zu M33 vermitteln bahnbrechende Punkte in der Evolution des Wissens der Menschheit. Die Streuung in der Nähe der 1920er Jahre stammt teilweise aus einer Debatte darüber, ob die Milchstraße und das Universum synonym sind. Mit anderen Worten, existieren Galaxien jenseits der Milchstraße? Das Thema ist im berühmten . verewigt tolle Debatte (1920) mit H. Shapley und H. Curtis (letzterer argumentierte für eine extragalaktische Skala). Der Versatz zwischen den Daten vor 1930 und nach 1980 resultiert teilweise aus eine fast zweifache Zunahme der kosmischen Entfernungsskala, die um 1950 erkannt wurde (siehe auch Fest 2000) . Deutlich ist auch die mit den Entfernungen nach 1980 verbundene Streuung, die lediglich die Bedeutung der neuen hochpräzisen Entfernungsschätzungen unterstreicht.
Riess et al. erhielten Daten für etwa 70 Cepheiden und bestimmten eine Entfernung für M31 von ~2.450.000 Lichtjahre . Letzteres wird durch eine neue Studie von bestätigt Contreras Ramos et al. 2013 (d~2.540.000 ly), deren Entfernungsschätzung auf Daten für Sterne in einem M31 . beruhte Kugelsternhaufen .
Eine Teilmenge der für M33 abgeleiteten Distanzen, die aus Schätzungen in der NASA/IPAC Extragalaktische Datenbank ( Steuern & Madore ). Auf der vertikalen Achse ist die Entfernung zur Galaxie in Einheiten von Lichtjahre , und auf der horizontalen Achse ist das Jahr angegeben. Der rote Pfeil und das schwarze Datum zeigen das neue an Nah-Infrarot basierende Entfernung von Gierenet al. (Bildnachweis: DM).
Um zuverlässige Messungen von Sternen in Galaxien von fast 3.000.000 Millionen . zu erhalten, werden erstklassige Instrumente und Teleskope benötigt Lichtjahre ein Weg. Gierenet al. das unten gezeigte 8,2-m-Very Large Telescope (Yepun)-Instrument verwendet, während Riess und Contreras Ramos et al. analysierte Beobachtungen aus dem Hubble-Weltraumteleskop . Riess et al. aufgenommene Bilder von M31 über das neue Weitfeldkamera 3 , die die Weitfeld- und Planetenkamera 2 ersetzte („ Die Kamera, die Hubble gerettet hat ') während der berühmte Service-Mission 2009 .
Die neuen Ergebnisse markieren den Höhepunkt der Bemühungen eines Jahrhunderts, die darauf abzielten, genaue Entfernungen für die lokalen Spiralverwandten unserer Galaxie (M31 und M33) sicherzustellen. Jedoch, der Versatz zwischen der Planck- und bestimmten Cepheid/SN-basierten Bestimmungen der Hubble-Konstante fordert, dass die Forschung fortgesetzt wird, um Unsicherheiten im Zusammenhang mit den Methoden zu identifizieren.
Gierenet al. verwendete das 8,2 m Very Large Telescope (Yepun), um Sterne in M33 abzubilden und die Entfernung zu dieser Galaxie abzuleiten (Bildnachweis: G. Hüdepohl / DAS ).
Die Gierenet al. Die Ergebnisse wurden zur Veröffentlichung im Astrophysical Journal (ApJ) akzeptiert, und ein Vorabdruck ist verfügbar auf arXiv . Beide Riess und Contreras Ramos et al. Studien werden ebenfalls in ApJ veröffentlicht. Der interessierte Leser, der zusätzliche Informationen über die kosmische Distanzskala und Cepheiden wünscht, wird die folgenden relevanten Ressourcen finden: Artikel von AAVSO über Delta Cephei (der Namensgeber für die Klasse der Cepheid-Variablen), Freedman & Madore (2010) , Tammann & Reindl 2012 , Fernie 1969 , das NASA/IPAC Extragalaktische Datenbank , G. Johnsons Miss Leavitts Stars: Die unerzählte Geschichte der Frau, die entdeckte, wie man das Universum vermisst , D. Fernies Segel für das Universum setzen: Astronomen und ihre Entdeckungen , Nick Allen’s Die Cepheiden-Distanzskala: Eine Geschichte , D. Turners Klassische Cepheiden nach 228 Jahren Studium , J. Percys Variable Sterne verstehen .