الكون مكان كبير حقًا . نحن نتحدث ... كبير بشكل غير محسوس! في الواقع ، استنادًا إلى عقود من الملاحظات ، يعتقد علماء الفلك الآن أن الكون المرئي يقيس حوالي 46 مليار سنة ضوئية. الكلمة الرئيسية هناكيمكن ملاحظتهالأنه عندما تأخذ في الاعتبار ما لا يمكننا رؤيته ، يعتقد العلماء أنه في الواقع يشبه أكثر من 92 مليار سنة ضوئية.
أصعب جزء في كل هذا هو إجراء قياسات دقيقة للمسافات المعنية. ولكن منذ ولادة علم الفلك الحديث ، تطورت الأساليب الدقيقة بشكل متزايد. بصرف النظر عن الانزياح نحو الأحمر وفحص الضوء القادم من النجوم والمجرات البعيدة ، يعتمد علماء الفلك أيضًا على فئة من النجوم تُعرف باسم متغيرات Cepheid (CVs) لتحديد مسافة الأجسام داخل وخارج مجرتنا.
تعريف:
النجوم المتغيرة هي في الأساس نجوم تتعرض لتقلبات في سطوعها (ويعرف أيضًا باسم اللمعان المطلق). المتغيرات القفوية هي نوع خاص من النجوم المتغيرة من حيث أنها حارة وضخمة - خمسة إلى عشرين ضعف كتلة شمسنا - وهي معروفة بميلها للنبض شعاعيًا وتختلف في كل من القطر ودرجة الحرارة.
علاوة على ذلك ، ترتبط هذه النبضات ارتباطًا مباشرًا بلمعانها المطلق ، والذي يحدث خلال فترات زمنية محددة جيدًا ويمكن التنبؤ بها (تتراوح من 1 إلى 100 يوم). عندما يتم رسمها كعلاقة حجم مقابل فترة ، فإن شكل منحنى لمعان سيفياد يشبه شكل 'زعنفة القرش' - قم بارتفاعها المفاجئ وذروتها ، متبوعًا بانخفاض أكثر ثباتًا.
الاسم مشتق من Delta Cephei ، وهو نجم متغير في كوكبة Cepheus التي كانت أول سيرة ذاتية يتم تحديدها. يشير تحليل طيف هذا النجم إلى أن السير الذاتية تخضع أيضًا لتغييرات من حيث درجة الحرارة (بين 5500-66 درجة كلفن) والقطر (حوالي 15٪) خلال فترة النبض.
استخدامها في علم الفلك:
العلاقة بين فترة التباين ولمعان نجوم السيرة الذاتية تجعلها مفيدة جدًا في تحديد مسافة الأشياء في كوننا. بمجرد قياس الفترة ، يمكن تحديد اللمعان ، وبالتالي الحصول على تقديرات دقيقة لمسافة النجم باستخدام معادلة معامل المسافة.
تنص هذه المعادلة على ما يلي:م-م= 5 سجلد- 5 - أينمهو الحجم الظاهر للكائن ،مهو الحجم المطلق للكائن ، ودهي المسافة إلى الكائن في الفرسخ. يمكن رؤية المتغيرات Cepheid وقياسها لمسافة تبلغ حوالي 20 مليون سنة ضوئية ، مقارنة بمسافة قصوى تبلغ حوالي 65 سنة ضوئية للأرض. قياسات المنظر وما يزيد قليلاً عن 326 سنة ضوئية لـ ESA مهمة Hipparcos .
معايرة العلاقة بين الفترة والسطوع للقيفيدس. الائتمان: ناسا
نظرًا لأنها ساطعة ويمكن رؤيتها بوضوح على بعد ملايين السنين الضوئية ، يمكن تمييزها بسهولة عن النجوم الساطعة الأخرى في المنطقة المجاورة لها. إلى جانب العلاقة بين تباينها وإشراقها ، فإن هذا يجعلها أدوات مفيدة للغاية في استنتاج حجم الكون وحجمه.
الطبقات:
تنقسم متغيرات Cepheid إلى فئتين فرعيتين - Cepheids الكلاسيكية و Type II Cepheids - بناءً على الاختلافات في كتلتها ، وأعمارها ، وتاريخها التطوري. Cepheids الكلاسيكية هي السكان (غنية بالمعادن) النجوم المتغيرة التي تكون كتلتها أكبر بـ4-20 مرة من الشمس وأكثر سطوعًا بما يصل إلى 100000 مرة. يخضعون لنبضات ذات فترات منتظمة جدًا تتراوح من أيام إلى شهور.
عادةً ما تكون هذه القيفائيات عبارة عن عمالقة صفراء زاهية وكواكب عملاقة (فئة طيفية F6 - K2) وتختبر تغيرات نصف القطر في ملايين الكيلومترات خلال دورة النبض. تستخدم القيفائيات الكلاسيكية لتحديد المسافات إلى المجرات داخل المجموعة المحلية وما بعدها ، وهي وسيلة يتم من خلالها ثابت هابل يمكن إنشاؤها (انظر أدناه).
النوع الثاني Cepheids هي السكان II (فقيرة المعادن) النجوم المتغيرة التي تنبض بفترات تتراوح عادة بين 1 و 50 يومًا. النوع الثاني من القيفائيين هم أيضًا نجوم أقدم (حوالي 10 مليارات سنة) ولديها حوالي نصف كتلة شمسنا.
يتم أيضًا تقسيم النوع الثاني Cepheids بناءً على فترتها إلى الفئات الفرعية BL Her و W Virginis و RV Tauri (التي سميت على اسم أمثلة محددة) - والتي لها فترات من 1-4 أيام ، و 10-20 يومًا ، وأكثر من 20 يومًا ، على التوالي . يتم استخدام النوع الثاني من السيفيد لتحديد المسافة إلى مركز المجرة والعناقيد الكروية والمجرات المجاورة.
هناك أيضًا تلك التي لا تتناسب مع أي من الفئتين ، والتي تُعرف باسم Anomalous Cepheids. هذه المتغيرات لها فترات أقل من يومين (على غرار RR Lyrae) ولكن لها لمعان أعلى. لديهم أيضًا كتل أعلى من النوع الثاني من السيفيد ، ولديهم أعمار غير معروفة.
كما لوحظت نسبة صغيرة من المتغيرات Cepheid التي تنبض في وضعين في نفس الوقت ، ومن هنا جاء الاسم Double-mode Cepheids. ينبض عدد صغير جدًا في ثلاثة أوضاع ، أو مزيج غير عادي من الأوضاع.
تاريخ المراقبة:
كان أول متغير Cepheid تم اكتشافه هو Eta Aquilae ، والذي تمت ملاحظته في 10 سبتمبر 1784 بواسطة عالم الفلك الإنجليزي إدوارد بيجوت. تم اكتشاف Delta Cephei ، التي سميت باسم هذه الفئة من النجوم ، بعد بضعة أشهر من قبل عالم الفلك الإنجليزي الهاوي جون جودريك.
صورة هابل للنجم المتغير RS Puppis ، أحد ألمع النجوم المتغيرة Cepheid المعروفة في مجرة درب التبانة. حقوق الصورة: NASA / ESA / Hubble Heritage Team
في عام 1908 ، أثناء التحقيق في النجوم المتغيرة في غيوم ماجلان ، اكتشف عالم الفلك الأمريكي هنريتا سوان ليفيت العلاقة بين فترة لمعان القيفيات الكلاسيكية. بعد تسجيل فترات 25 نجمة متغيرة مختلفة ، نشرت النتائج التي توصلت إليها في عام 1912.
في السنوات التالية ، أجرى العديد من علماء الفلك أبحاثًا على السيفيدس. بحلول عام 1925 ، تمكن إدوين هابل من تحديد المسافة بين درب التبانة و ال مجرة أندروميدا على أساس المتغيرات Cepheid داخل الأخير. كانت هذه النتائج محورية ، حيث قاموا بتسوية نقاش كبير ، حيث سعى علماء الفلك إلى تحديد ما إذا كانت مجرة درب التبانة فريدة من نوعها أم لا ، أو واحدة من العديد من المجرات في الكون.
من خلال قياس المسافة بين درب التبانة والعديد من المجرات الأخرى ، ودمجها مع قياسات فيستو سليفر الخاصة بهم الانزياح الأحمر وهابل وميلتون إل.يوماسون كانوا قادرين على صياغة قانون هابل. باختصار ، لقد تمكنوا من إثبات أن الكون في حالة توسع ، وهو أمر تم اقتراحه قبل سنوات.
تضمنت التطورات الأخرى خلال القرن العشرين تقسيم السيفيد إلى فئات مختلفة ، مما ساعد في حل المشكلات في تحديد المسافات الفلكية. تم القيام بذلك إلى حد كبير من قبل والتر بادي ، الذي أدرك في الأربعينيات من القرن الماضي الفرق بين السيفيد الكلاسيكي والنوع الثاني على أساس الحجم والعمر واللمعان.
محددات:
على الرغم من قيمتها في تحديد المسافات الفلكية ، إلا أن هناك بعض القيود مع هذه الطريقة. من أهمها حقيقة أنه مع النوع الثاني من السيفيد ، يمكن أن تتأثر العلاقة بين الفترة واللمعان من خلال المعدن المنخفض ، والتلوث الضوئي ، والتأثير المتغير وغير المعروف الذي يحدثه الغاز والغبار على الضوء المنبعث ( انقراض نجمي ).
أدت هذه المشكلات التي لم يتم حلها إلى الاستشهاد بقيم مختلفة لثابت هابل - والتي تتراوح بين 60 كم / ثانية لكل مليون فرسخ فلكي (Mpc) و 80 كم / ثانية / Mpc. يعد حل هذا التناقض أحد أكبر المشكلات في علم الكونيات الحديث ، حيث يرتبط الحجم الحقيقي ومعدل توسع الكون.
ومع ذلك ، فإن التحسينات في الأجهزة والمنهجية تزيد من الدقة التي يتم بها ملاحظة المتغيرات Cepheid. مع مرور الوقت ، من المأمول أن تسفر ملاحظات هذه النجوم الغريبة والفريدة عن قيم دقيقة حقًا ، وبالتالي إزالة مصدر رئيسي للشك حول فهمنا للكون.
لقد كتبنا العديد من المقالات الشيقة حول Cepheid Variables هنا في Universe Today. هنا يجد علماء الفلك طريقة جديدة لقياس المسافات الكونية و يستخدم علماء الفلك Light Echo لقياس المسافة إلى النجم ، و علماء الفلك يقتربون من الطاقة المظلمة باستخدام ثابت هابل المكرر .
يحتوي Astronomy Cast على حلقة شيقة تشرح الاختلافات بين نجوم السكان الأول والثاني - الحلقة 75 .
مصادر: