ما هي متغيرات سيفيد؟

Send

الكون مكان كبير حقًا. نحن نتحدث ... كبير بشكل غير محسوس! في الواقع ، بناءً على عقود من الملاحظات القيمة ، يعتقد الفلكيون الآن أن الكون المرصود يبلغ طوله حوالي 46 مليار سنة ضوئية. الكلمة الرئيسية هناك ملحوظة ، لأنه عندما تأخذ في الاعتبار ما لا يمكننا رؤيته ، يعتقد العلماء أنه يشبه عرضًا 92 مليار سنة ضوئية.

الجزء الأصعب في كل هذا هو إجراء قياسات دقيقة للمسافات المعنية. ولكن منذ ولادة علم الفلك الحديث ، تطورت طرق دقيقة بشكل متزايد. بصرف النظر عن الانزياح الأحمر وفحص الضوء القادم من النجوم والمجرات البعيدة ، يعتمد الفلكيون أيضًا على فئة من النجوم تعرف باسم متغيرات Cepheid (CVs) لتحديد مسافة الأشياء داخل وخارج مجرتنا.

تعريف:

النجوم المتغيرة هي في الأساس نجوم تواجه تقلبات في سطوعها (المعروف أيضًا باسم اللمعان المطلق). متغيرات السيفيد هي نوع خاص من النجوم المتغيرة من حيث أنها حارة وضخمة - كتلة من خمس إلى عشرين مرة مثل كتلة شمسنا - ومعروفة بميلها إلى النبض شعاعيًا وتختلف في القطر ودرجة الحرارة.

والأكثر من ذلك ، أن هذه النبضات ترتبط ارتباطًا مباشرًا بإشراقها المطلق ، والذي يحدث خلال فترات زمنية محددة جيدًا ويمكن التنبؤ بها (تتراوح من 1 إلى 100 يومًا). عندما يتم رسمها كعلاقة بين الحجم والفترة ، فإن شكل منحنى لمعان Cephiad يشبه شكل "زعنفة القرش" - قم بعمل ارتفاعه المفاجئ وذروته ، متبوعًا بانخفاض أكثر ثباتًا.

الاسم مشتق من Delta Cephei ، وهو نجم متغير في كوكبة Cepheus كان أول سيرة ذاتية يتم تحديدها. يشير تحليل طيف هذا النجم إلى أن السير الذاتية تخضع أيضًا لتغييرات من حيث درجة الحرارة (بين 5500-666 كلفن) والقطر (~ 15٪) خلال فترة النبض.

الاستخدام في علم الفلك:

العلاقة بين فترة التباين وإضاءة النجوم السيرة الذاتية تجعلها مفيدة للغاية في تحديد مسافة الأشياء في الكون. 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 سجل د - 5 - أين م هو الحجم الظاهر للجسم ، م هو الحجم المطلق للكائن ، و د هي المسافة إلى الكائن في الفرسخ. يمكن رؤية متغيرات Cepheid وقياسها على مسافة حوالي 20 مليون سنة ضوئية ، مقارنة بالمسافة القصوى التي تبلغ حوالي 65 سنة ضوئية لقياسات المنظر الأرضي وما يزيد قليلاً عن 326 سنة ضوئية لمهمة Hipparcos التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية.

نظرًا لأنها مشرقة ، ويمكن رؤيتها بوضوح على بعد ملايين السنين الضوئية ، يمكن تمييزها بسهولة عن النجوم الساطعة الأخرى في محيطها. إلى جانب العلاقة بين تنوعها وإشراقتها ، فإن هذا يجعلها أدوات مفيدة للغاية في استنباط حجم الكون ونطاقه.

الطبقات:

تنقسم متغيرات Cepheid إلى فئتين فرعيتين - Cepheids الكلاسيكية و Cepheids من النوع الثاني - بناءً على الاختلافات في كتلها وأعمارها وتاريخها التطوري. السيفيد الكلاسيكية هي نجوم متغيرة من السكان I (غنية بالمعادن) وهي أكبر حجما من 4-20 مرة من الشمس وأكثر من 100000 مرة مضيئة. ويخضعون لنبضات بفترات منتظمة للغاية تتراوح بين أيام وشهور.

عادة ما تكون هذه السيفيدات عمالقة صفراء ساطعة وعمالقة فائقة (الفئة الطيفية F6 - K2) ويختبرون تغيرات في نصف القطر بملايين الكيلومترات خلال دورة النبض. تُستخدم الشفرات الكلاسيكية لتحديد المسافات إلى المجرات داخل المجموعة المحلية وخارجها ، وهي وسيلة يمكن من خلالها إنشاء ثابت هابل (انظر أدناه).

النوع الثاني من السيفيدات هي نجوم متغيرة من السكان (فقيرة بالمعادن) والتي تنبض بفترات تتراوح عادة بين 1 و 50 يومًا. النوع الثاني من Cepheids هي أيضًا نجوم أقدم (~ 10 مليار سنة) لديها حوالي نصف كتلة شمسنا.

تنقسم النوع الثاني من Cepheids أيضًا على أساس الفترات الزمنية في الفئات الفرعية BL Her و W Virginis و RV Tauri (التي سميت بعد أمثلة محددة) - والتي لها فترات 1-4 أيام و 10-20 يومًا وأكثر من 20 يومًا ، على التوالي . تُستخدم أنواع السيفيدات من النوع الثاني لتحديد المسافة إلى مركز المجرة والعناقيد الكروية والمجرات المجاورة.

هناك أيضًا تلك التي لا تتناسب مع أي من الفئتين ، والمعروفة باسم السيفيد الشاذة. هذه المتغيرات لها فترات أقل من يومين (على غرار RR Lyrae) ولكن لها لمعان أعلى. لديهم أيضًا كتل أعلى من النوع الثاني من سيفيد ولديهم أعمار غير معروفة.

كما لوحظت نسبة صغيرة من متغيرات Cepheid التي تنبض في وضعين في نفس الوقت ، ومن هنا جاء اسم Cepheids ذات الوضع المزدوج. عدد صغير جدًا ينبض في ثلاثة أوضاع ، أو مزيج غير عادي من الأوضاع.

تاريخ الملاحظة:

أول متغير Cepheid يتم اكتشافه كان Eta Aquilae ، والذي لاحظه الفلكي الإنجليزي إدوارد بيجوت في 10 سبتمبر 1784. تم اكتشاف دلتا Cephei ، التي سميت بها هذه الفئة من النجوم ، بعد بضعة أشهر من قبل عالم الفلك الإنجليزي جون جودريك.

في عام 1908 ، خلال تحقيق حول النجوم المتغيرة في سحابة ماجلان ، اكتشفت عالمة الفلك الأمريكية هنريتا سوان ليفيت العلاقة بين فترة لمعان السيفيد الكلاسيكية وإضاءتها. بعد تسجيل فترات 25 نجمة متغيرات مختلفة ، نشرت نتائجها في عام 1912.

في السنوات التالية ، سيجري العديد من علماء الفلك أبحاثًا حول السيفيد. بحلول عام 1925 ، تمكن إدوين هابل من تحديد المسافة بين مجرة درب التبانة ومجرة أندروميدا استنادًا إلى متغيرات Cepheid داخل الأخيرة. كانت هذه النتائج محورية ، حيث أنها استقرت في الجدل العظيم ، حيث سعى الفلكيون إلى إثبات ما إذا كانت درب التبانة فريدة أم لا ، أو واحدة من العديد من المجرات في الكون.

من خلال قياس المسافة بين مجرة درب التبانة والعديد من المجرات الأخرى ، ودمجها مع قياسات Vesto Slipher للانزياح الأحمر ، استطاع هابل وميلتون ل. هومسون صياغة قانون هابل. باختصار ، تمكنوا من إثبات أن الكون في حالة توسع ، وهو أمر تم اقتراحه قبل سنوات.

تضمنت التطورات الأخرى خلال القرن العشرين تقسيم السيفويد إلى فئات مختلفة ، مما ساعد على حل المشكلات في تحديد المسافات الفلكية. تم ذلك إلى حد كبير من قبل والتر بادي ، الذي أدرك في الأربعينيات الفرق بين السيفيد الكلاسيكية والنوع الثاني بناءً على حجمها وعمرها وإشراقها.

محددات:

على الرغم من قيمتها في تحديد المسافات الفلكية ، هناك بعض القيود على هذه الطريقة. أهمها حقيقة أنه مع النوع الثاني من Cepheids ، يمكن أن تتأثر العلاقة بين الدورة واللمعان من خلال المعدن السفلي والتلوث الضوئي ، والتأثير المتغير وغير المعروف للغاز والغبار على الضوء الذي ينبعث منه (الانقراض النجمي).

وقد أدت هذه المشكلات التي لم يتم حلها إلى ذكر قيم مختلفة لثابت هابل - والتي تتراوح بين 60 كم / ثانية لكل مليون فرسخ (MPC) و 80 كم / ثانية / MPC. يعد حل هذا التناقض أحد أكبر المشكلات في علم الكونيات الحديث ، حيث أن الحجم الحقيقي ومعدل توسع الكون مرتبطان.

ومع ذلك ، فإن التحسينات في الأجهزة والمنهجية تزيد من الدقة التي يتم بها ملاحظة متغيرات Cepheid. مع مرور الوقت ، من المأمول أن تسفر ملاحظات هذه النجوم الفريدة والفريدة عن قيم دقيقة حقًا ، وبالتالي إزالة مصدر رئيسي للشك في فهمنا للكون.

لقد كتبنا العديد من المقالات المثيرة للاهتمام حول متغيرات Cepheid هنا في مجلة الفضاء. هنا يجد الفلكيون طريقة جديدة لقياس المسافات الكونية ، ويستخدم الفلكيون صدى الضوء لقياس المسافة إلى النجم ، ويقترب الفلكيون من الطاقة المظلمة باستخدام ثابت هابل المكرر.

يحتوي Astronomy Cast على حلقة مثيرة للاهتمام تشرح الاختلافات بين السكان I والنجوم II - الحلقة 75: Stellar Pop Pop.

مصادر: