Свежий взгляд на звезды красных гигантов дает ключевое представление об измерениях космических расстояний и способе измерения расширения Вселенной с высочайшей точностью.
Одним из инструментов, который используют астрофизики, является постоянная Хаббла (H0), которая измеряет скорость расширения Вселенной и устанавливает ее возраст и наблюдаемый размер.
Однако существуют разногласия по поводу значения H0 из-за противоречивых измерений, полученных от различных небесных объектов. Дебаты означают, что наше понимание фундаментальной физики Вселенной является неполным. Ставки высоки, и ключом к нахождению разрешения является значительное повышение точности измерений расстояний по звездам.
Исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal Letters профессором EPFL Ричардом И. Андерсоном, бывшим стажером EPFL по летним исследованиям Ноланом Коблишке (ныне в Университете Торонто) и Лораном Эйером (Женевский университет), уточняет измерения космических расстояний с использованием звуковых сигналов от красных гигантов. "Мы обнаружили, что акустические колебания звезд красных гигантов подсказывают нам, как наилучшим образом измерять космические расстояния с помощью метода "кончика ветви красных гигантов", - говорит Андерсон.
"Красные гиганты" - это стареющие звезды. Они приобретают красноватый оттенок, поскольку исчерпывают водород в своих ядрах и используют внешний водород, что делает их больше и холоднее.
На астрономических диаграммах эта эволюция приводит к "ветви красных гигантов", отклонению из-за повышенной яркости звезды. Вершина ветви красных гигантов (TRGB) является критической точкой, где эти звезды выделяют гелий, обращая вспять эволюцию яркости.
TRGB, отмеченный меньшим количеством ярких звезд над ним на диаграмме, служит "стандартной свечой" для измерения космических расстояний: сравнивая его известную яркость с наблюдаемой яркостью в далеких галактиках, астрономы могут рассчитать расстояние, подобно оценке расстояния до электрической лампочки по ее яркости.
Исследователи проанализировали данные эксперимента по оптико-гравитационному линзированию (OGLE) и миссии ЕКА Gaia по изучению красных гигантов в Большом Магеллановом облаке (LMC), которое является ближайшей галактикой-компаньоном, вращающейся вокруг Млечного Пути и служащей важнейшей лабораторией для понимания физики звезд.
Удивительным образом ученые обнаружили, что яркость всех звезд в TRGB на самом деле периодически меняется; звуковые волны проходят сквозь звезды подобно землетрясениям на Земле, заставляя их колебаться. Хотя эти колебания были известны ранее, их важность для измерения расстояний была упущена. Но теперь они позволили исследователям различать звезды по возрасту, предлагая более тонкий подход к измерению расстояний по Вселенной.
Андерсон объясняет: "Молодые звезды-красные гиганты вблизи TRGB немного менее яркие, чем их старшие собратья, и акустические колебания, которые мы наблюдаем как колебания яркости, позволяют нам понять, с каким типом звезды мы имеем дело: старые звезды колеблются с более низкой частотой - точно так же, как баритон поет более глубоким голосом, чем тенор".
Это различие имеет решающее значение для обеспечения высокоточных измерений расстояний, необходимых для космологии, и для получения наилучшей карты локальной вселенной, поскольку звезды-красные гиганты существуют практически в каждой галактике.
Исследование также выявило несколько улучшений в методе определения расстояний TRGB, которые необходимы для понимания недавних дебатов о постоянной напряженности Хаббла. "Теперь, когда мы можем различать возраст красных гигантов, составляющих TRGB, мы сможем еще больше улучшить измерение постоянной Хаббла на основе этого", - говорит Андерсон.
"Такие усовершенствования еще больше подвергнут испытанию постоянное напряжение Хаббла и могут привести к новому новаторскому пониманию основных физических процессов, которые определяют, как эволюционирует Вселенная".
Источник: The Astrophysical Journal Letters, Федеральная политехническая школа Лозанны
На изображении:
Большое Магелланово облако.
Фото: CTIO / NOIRLab / NSF / AURA / SMASH / D. Нидевер (Университет штата Монтана)
Обработка изображения: Трэвис Ректор (Университет Аляски в Анкоридже), Махди Замани и Давиде де Мартин.
Дополнительные материалы
