Wetenschap
De bariton van rode reuzen verfijnt kosmische afstandsmetingen
Een frisse blik op rode reuzensterren biedt belangrijke inzichten in kosmische afstandsmetingen en een manier om de uitdijing van het universum met de hoogste nauwkeurigheid te meten.
In een voortdurend uitdijend heelal is het meten van kosmische afstanden hetzelfde als het zoeken naar een betrouwbare liniaal in een enorm, steeds groter wordend weefsel. Eén hulpmiddel dat astrofysici gebruiken is de constante van Hubble (H0 ), dat meet hoe snel het heelal uitdijt en de leeftijd en waarneembare omvang van het heelal bepaalt.
Er bestaat echter onenigheid over de waarde van H0 , vanwege tegenstrijdige metingen afgeleid van verschillende hemellichamen. Het debat betekent dat ons begrip van de fundamentele fysica van het universum onvolledig is. Er staat veel op het spel en de sleutel tot het vinden van een oplossing is het aanzienlijk verbeteren van de nauwkeurigheid van afstandsmetingen op basis van sterren.
Dat blijkt uit een studie gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters door EPFL-professor Richard I. Anderson, voormalig EPFL-student Summer Research Intern Nolan Koblischke (nu aan de Universiteit van Toronto), en Laurent Eyer (Universiteit van Genève) verfijnen kosmische afstandsmetingen met behulp van de sonore signalen van rode reuzen. ‘We ontdekten dat de akoestische oscillaties van rode reuzensterren ons vertellen hoe we kosmische afstanden het beste kunnen meten met behulp van de ‘tip van de rode reuzentak’-methode,’ zegt Anderson.
Kosmische afstanden meten met rode reuzen
Laten we een paar termen uitleggen. ‘Rode reuzen’ zijn verouderende sterren. Ze krijgen een roodachtige tint omdat ze waterstof in hun kernen afvoeren en waterstof aan de buitenkant gebruiken, waardoor ze groter en koeler worden.
Op astronomische diagrammen leidt deze evolutie tot een ‘rode reuzentak’, een afwijking als gevolg van de toegenomen helderheid van de ster. De punt van de rode reuzentak (TRGB) is een cruciaal punt waar deze sterren helium ontsteken, waardoor de helderheidsevolutie wordt omgekeerd.
De TRGB, gemarkeerd door minder helderdere sterren erboven in het diagram, dient als een ‘standaardkaars’ voor kosmische afstandsmetingen:door de bekende helderheid te vergelijken met de waargenomen helderheid in verre sterrenstelsels, kunnen astronomen afstanden berekenen, net zoals ze de afstand van een gloeilamp schatten. afstand door zijn helderheid.
Zingen in het donker
De onderzoekers analyseerden gegevens van het Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) en de ESA Gaia-missie om rode reuzen in de Grote Magelhaense Wolk (LMC) nauwkeurig te onderzoeken, een nabijgelegen begeleidend sterrenstelsel dat in een baan om de Melkweg draait en dient als een cruciaal laboratorium voor begrip de fysica van sterren.
In een verrassende wending ontdekten de wetenschappers dat alle sterren in de TRGB feitelijk periodiek in helderheid variëren; geluidsgolven reizen door de sterren zoals aardbevingen op aarde, waardoor ze gaan oscilleren. Hoewel deze oscillaties eerder bekend waren, werd hun belang voor afstandsmetingen gemist. Maar nu konden de onderzoekers sterren onderscheiden op basis van leeftijd, wat een meer genuanceerde benadering bood voor het meten van afstanden in het heelal.
Anderson legt uit:‘Jongere rode reuzensterren nabij de TRGB zijn iets minder helder dan hun oudere neven, en de akoestische oscillaties die we waarnemen als helderheidsschommelingen stellen ons in staat te begrijpen met welk type ster we te maken hebben:de oudere sterren oscilleren op lagere frequentie – net zoals een bariton met een diepere stem zingt dan een tenor."
Dit onderscheid is cruciaal om zeer nauwkeurige afstandsmetingen te garanderen die nodig zijn voor de kosmologie en voor het verkrijgen van de beste kaart van het plaatselijke universum, aangezien rode reuzensterren in vrijwel elk sterrenstelsel voorkomen.
De studie identificeert ook verschillende verbeteringen aan de TRGB-afstandsmethode die essentieel zijn voor het begrijpen van recente debatten over de constante spanning van Hubble. "Nu we de leeftijden van de rode reuzen waaruit de TRGB bestaat kunnen onderscheiden, zullen we op basis daarvan de meting van de Hubble-constante verder kunnen verbeteren", zegt Anderson.
"Dergelijke verbeteringen zullen de constante spanning van Hubble verder op de proef stellen en kunnen leiden tot baanbrekende nieuwe inzichten in de fundamentele fysieke processen die bepalen hoe het universum evolueert."