De røde giganters baryton forfiner kosmiske afstandsmålinger

Et frisk kig på røde kæmpestjerner giver nøgleindsigt i kosmiske afstandsmålinger og en måde at måle universets ekspansion med den højeste nøjagtighed.

I et konstant ekspanderende univers er måling af kosmiske afstande som at forsøge at finde en pålidelig lineal i et stort, evigt strækkende stof. Et værktøj, som astrofysikere bruger, er Hubble-konstanten, (H₀ ), som måler, hvor hurtigt universet udvider sig og angiver universets alder og observerbare størrelse.

Der er dog uenighed om værdien af ​​H₀ , på grund af modstridende målinger afledt af forskellige himmellegemer. Debatten betyder, at vores forståelse af universets grundlæggende fysik er ufuldstændig. Indsatsen er høj, og nøglen til at finde en opløsning er væsentligt at forbedre nøjagtigheden af ​​afstandsmålinger baseret på stjerner.

Nu er en undersøgelse offentliggjort i The Astrophysical Journal Letters af EPFL-professor Richard I. Anderson, tidligere EPFL-undergraduate Summer Research Intern Nolan Koblischke (nu ved University of Toronto), og Laurent Eyer (University of Geneva) forfiner kosmiske afstandsmålinger ved hjælp af de klangfulde signaler fra røde kæmper. "Vi fandt ud af, at de akustiske svingninger af røde kæmpestjerner fortæller os, hvordan vi bedst måler kosmiske afstande ved at bruge metoden 'spidsen af ​​den røde kæmpegren'," siger Anderson.

Måling af kosmiske afstande med røde kæmper

Lad os forklare et par udtryk. "Røde kæmper" er aldrende stjerner. De antager en rødlig nuance, da de udtømmer brint i deres kerner og bruger ydre brint, hvilket gør dem større og køligere.

På astronomiske diagrammer fører denne udvikling til en "rød kæmpegren", en afvigelse på grund af stjernens øgede lysstyrke. Spidsen af ​​den røde kæmpegren (TRGB) er et kritisk punkt, hvor disse stjerner antænder helium, hvilket vender lysstyrkeudviklingen om.

TRGB, der er markeret med færre lysere stjerner over sig i diagrammet, fungerer som et "standardlys" til kosmiske afstandsmålinger:Ved at sammenligne dens kendte lysstyrke med dens observerede lysstyrke i fjerne galakser, kan astronomer beregne afstand, ligesom at estimere en pæres lysstyrke. afstand ved dens lysstyrke.

Sang i mørket

Forskerne analyserede data fra Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) og ESA Gaia-missionen for at granske røde kæmper i den store magellanske sky (LMC), som er en nærliggende ledsagende galakse, der kredser om Mælkevejen og fungerer som et afgørende laboratorium for forståelse stjernernes fysik.

I en overraskende drejning fandt forskerne ud af, at alle stjerner ved TRGB faktisk varierer i lysstyrke periodisk; lydbølger rejser gennem stjernerne som jordskælv på Jorden, hvilket får dem til at svinge. Mens disse oscillationer tidligere var kendt, blev deres betydning for afstandsmålinger overset. Men nu gav de forskerne mulighed for at skelne stjerner efter alder, hvilket gav en mere nuanceret tilgang til at måle afstande på tværs af universet.

Anderson forklarer, "Yngre røde kæmpestjerner i nærheden af ​​TRGB er lidt mindre lyse end deres ældre fætre, og de akustiske svingninger, som vi observerer som lysstyrkeudsving, giver os mulighed for at forstå, hvilken type stjerne vi har at gøre med:de ældre stjerner svinger kl. lavere frekvens – ligesom en baryton synger med en dybere stemme end en tenor."

Denne sondring er afgørende for at sikre meget nøjagtige afstandsmålinger, der kræves til kosmologi og for at opnå det bedste kort over lokaluniverset, eftersom røde kæmpestjerner findes i stort set alle galakser.

Undersøgelsen identificerer også adskillige forbedringer af TRGB-afstandsmetoden, der er afgørende for at forstå de seneste debatter om Hubbles konstante spænding. "Nu hvor vi kan skelne alderen på de røde kæmper, der udgør TRGB'en, vil vi være i stand til yderligere at forbedre Hubble-konstantmålingen baseret derpå," siger Anderson.

"Sådanne forbedringer vil yderligere sætte Hubbles konstante spænding på prøve og kan føre til banebrydende ny indsigt i de grundlæggende fysiske processer, der bestemmer, hvordan universet udvikler sig."

Flere oplysninger: Richard I. Anderson et al, Red Giants med lille amplitude belyser naturen af ​​spidsen af ​​den røde kæmpegren som et standardlys, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI:10.3847/2041-8213/ad284d

Leveret af Ecole Polytechnique Federale de Lausanne