gov-civil-vilareal.ptHvor langt væk er Pleiaderne?
>Jeg har skrevet en del for nylig om Gaia -missionen , men som min undskyldning den seneste udgivelse af en enorm mængde anden generations data fra det rumbårne observatorium er revolutionerer en masse grundlæggende astronomisk viden.
Lyder det storslået? Nå, det er ingen overdrivelse! Gaia måler præcist positioner, bevægelser og farver for mere end en milliard stjerner . Der er næsten ingen måde at gøre det på uden at vælte en grundlæggende forudsætning eller to.
For eksempel, Polaris er en særlig slags stjerne som vi bruger til at finde afstandene til andre galakser, og Gaia hjalp med at sømme, hvor langt væk det er fra os - selve grundlaget for vores kosmiske afstandsstige - bedre end nogensinde før. Den fandt en klynge af stjerner, der tidligere ikke var kendt for os, og løste et gammelt mysterium om en tilsyneladende dobbeltstjerne, der har været ondt i nakken på amatørastronomer i årtier.
Det er bare en smag, en nippe, en underholde bouche . Der er meget mere, og gut, jeg har en bunke noter til flere artikler. Men der var en særlig mysterium, jeg var spændt på, at Gaia skulle løse, en der har været under brygning i mange år og faktisk er temmelig vigtig. Og det er enkelt at spørge:
Hvor langt væk er Pleiaderne?
Enkelt at spørge, men svært - meget svært - at svare med nogen grad af nøjagtighed. Astronomer har forsøgt at besvare dette spørgsmål i lang tid, og det gik godt, indtil de pludselig slet ikke gik godt. Forskellige metoder giver forskellige svar, og en nylig mission, der skulle hjælpe, gjorde tingene værre. Jeg håbede virkelig, at Gaia ville sætte sømmet i denne gåde, og det kan faktisk have været… men på nogle måder frygter jeg, at tingene er blevet underligere.
Et smukt dybt billede af Pleiaderne, en klynge af stjerner i nærheden. Kredit: Robert Gendler
OK, først: The Pleaides*er en klynge af meget cirka 1.500 stjerner i stjernebilledet Tyren. De klareste få af dem danner en karakteristisk dipperform (og forveksles almindeligvis med Little Dipper) og har nogenlunde samme lysstyrke, hvilket gør dem til et dejligt og slående syn. Kikkert afslører snesevis af stjerner, og et teleskop hundredvis.
Hele stjernekoblingen er omkring 440 lysår væk, hvilket gør den til en af de allernærmeste stjerneklynger for os, hvorfor det er så tydeligt på vores himmel.
Det er fedt af en masse årsager. Alle stjernerne i en klynge er født på samme tid og af det samme materiale, så forskelle i deres udseende (lysstyrke og så videre) skyldes sandsynligvis deres masse alene. Det gør det meget lettere at forstå, hvordan de ældes. At Pleiaderne er virkelig tætte betyder, at selv svagere medlemmer kan observeres godt, hvilket er meget sværere for fjernere klynger og hjælper os også med at forstå, hvad der foregår i den lettere ende af masseskalaen. Du får et mere fuldstændigt overblik over hel klynge, ikke kun de lysere, lettere at se stjerner, og den indsigt kan føre til at forstå alle klynger bedre.
Afstanden til klyngen er vigtig, for så kan du få absolutte tal, som hvor lysende stjernerne er. Men den afstand til Pleiaderne er ikke godt bestemt. En række forskellige metoder er blevet brugt til at forsøge at få afstanden til klyngen, nogle giver en afstand på omkring 415 lysår til klyngecentret, nogle 470. Det er en bred vifte. Selv at regne med klyngens fysiske størrelse, som er godt 50 lysår bred, er en stor usikkerhed.
nu ser du mig sund fornuft
Det var håbet, at dette ville blive løst en gang for alle når Hipparcos -satellitten gik i gang med forretningen i begyndelsen af 90'erne. Men da dataene for Pleiaderne kom tilbage, fandt de en afstand på 380 lysår, langt tættere end tidligere resultater. Selv efter en stor omkalibrering af Hipparcos -data faldt den beregnede afstand til næsten hver anden metode. Det skyldes næsten helt sikkert en eller anden systematisk fejl i Hipparcos -dataene, men den kontrovers fortsætter stadig i dag .
Indtast Gaia. Med sin hidtil usete nøjagtighed skulle den helt bogstaveligt sætte Pleiaderne på sin plads.
Og det gør den! Men så bliver tingene underlige.
William Abramson , en astronom med Centro Atómico Bariloche, CONICET og Instituto Balseiro i Argentina, undersøgte Gaia -resultaterne for klyngen og offentliggjorde for nylig sine fund†. Jeg kontaktede ham om hans arbejde, og vi har diskuteret det i et par uger nu og forsøgte at fortolke resultaterne.
I korte træk brugte han Gaia -data til at isolere medlemmerne af klyngen ved hjælp af forskellige metoder til at ignorere forgrunds- og baggrundsstjerner (en metode, der var blevet brugt i en tidligere undersøgelse ved hjælp af første generations Gaia -data , for konsistens). Han fandt næsten 1.600 stjerner. Når han kiggede på deres afstande fra Jorden og tog gennemsnittet - som skulle give midten til klyngen - fik han en afstand til klyngens centrum af 445,5 lysår . Boom! Dette er i overensstemmelse med tidligere målinger ved hjælp af andre metoder, faktisk næsten midt i dem, og synes tydeligt at vise, at Hipparcos -målingen er en fejl.
Men…
Se hvad der sker, når du laver en 3D -boksplot af stjernernes positioner:
Et 3D -plot af positionerne på 1.600 Pleiades -stjerner; de mærkede akser på toppen er placeret på himlen, og den tredje akse langs siden er afstand fra Jorden (i parsecs; 1 stk = 3,26 lysår). Bemærk klyngen er langstrakt, og at de lyseste stjerner alle er på den nærmeste side af klyngen. Kredit: Guillermo Abramson
Flere ting springer ud. Boksen vises til at være omkring 150 lysår på en side, men på grund af den begrænsning Abramson satte på sin medlemssøgning, er klyngen meget mindre end det, så den optager kun den centrale del af figuren (boldens størrelse repræsenterer lysstyrke, så større bold = lysere stjerne).
Alligevel kan du se, at klyngen ser ud til at være langstrakt! Det er et interessant resultat med det samme! En aflang form var blevet antydet i tidligere forskning , så det er pænt. Jeg indrømmer også, jeg var straks mistænksom over, at aksen, forlængelsesretningen, syntes at pege lige mod os (i denne grafik er retningen mod Jorden nede). Jeg kan ikke lide tilfældigheder! Kan der være noget galt med dataene?
dagbog af en tøset børnefilm
Som det sker, blev jeg for ikke så længe siden kontaktet af Chris Anderson , produktionsspecialist og observatoriekoordinator for Faulkner Planetarium i Idaho. Han havde læst mine tidligere artikler om Gaia og bemærkede, at den nye frigivelse af data kunne hjælpe med at løse Pleiades -afstandsproblemet! Jeg fortalte ham, at jeg allerede arbejdede på det, og så forlængelsen af klyngen som et potentielt problem.
Så fortalte han mig noget, jeg ikke vidste: Mange klynger er aflange , og i øvrigt forlænges de på en sådan måde, at de peger mod midten af galaksen! Det er ikke tilfældigt: Galaksens tyngdekraft kan strække klyngen og trækker stjerner tættere på det galaktiske centrum hårdere end stjernerne på den modsatte side - dette kaldes galaktisk tidevand , og selvom den er svag, kan den være tilstrækkelig over størrelsen på en klynge til at forlænge den.
Jeg kontrollerede straks koordinaterne til Pleiaderne, og helt sikkert er de placeret temmelig tæt på overfor det galaktiske centrum fra os. Så hvis Mælkevejen strækker klyngen, ville du forventer den forlængelse for at pege mod os. Fra Pleiadernes synspunkt er vi på himlen lige ved siden af det galaktiske centrum!
Så det fik mig til at føle mig bedre. Men så dukkede der noget andet underligt op. Og det hænger sammen. Se igen på plottet. De lyseste stjerner er de største bolde. Kan du se noget underligt ved dem?
giv ham plads, og han kommer tilbage
De ser alle ud til at falde langs en linje på den nærmeste side af klyngen, rettet mod os.
Det er ret mærkeligt. Det faktum, at alle stjernerne er på en linje, der peger på os, kan være relateret til det galaktiske tidevand, men jeg kan ikke tænke på et fysisk scenario, hvor de klareste stjerner alle ville ligge på den ene side af klyngen og så langt fra centrum. Normalt falder de mest massive stjerner (som er de lyseste) mod klyngens centrum. Hver gang to eller flere stjerner passerer hinanden, mens de kredser om klyngens centrum, er nettoeffekten, at mindre massive stjerner bevæger sig mod udkanten af klyngen, og de mere massive falder mod midten. Dette kaldes dynamisk friktion og er en temmelig velforstået proces. Så dette er en hovedskraber.
Da jeg så dette, tænkte jeg på, om det var ægte. Måske er der noget i dataene, der får det til at ligne alle de lyse stjerner på den nærmeste side af klyngen!
Fra tidligere arbejde ved jeg tilfældigt, at Gaia har problemer med at få målinger for meget lyse stjerner; de oversvømmer detektorerne med lys og gør det svært at måle deres positioner nøjagtigt. Den klareste Pleiad, Alcyone, ligger lige ved den grænse, så det vil sandsynligvis have en temmelig stor usikkerhed i sin afstand. Og faktisk, når du ser på den faktiske måling og fejllinjen, kan Alcyone være alt fra 364 til 465 lysår væk fra os! Det er mere sandsynligt at være på den nærmeste side af klyngen, men det kan også være på den anden side.
De andre lyse Pleiader - Atlas, Electra, Maia, Merope, Taygeta, Pleione og Asterope - har imidlertid alle meget lavere usikkerheder, og ser ud som om de faktisk ligger på dette side af klyngen. Så dette er det modsatte af, hvad du ville forvente, og jeg har ikke et let svar på det. Abramson og jeg har diskuteret det længe, men vi er ikke sikre på, hvad vi skal gøre af det; han skrev endda om det på sin egen blog . Måske vil et nærmere kig på dataene eller en mere dybtgående analyse af stjernernes interaktion med hinanden afsløre en eller anden løsning på dette puslespil.
Pleiadeklyngen pløjede tilfældigvis gennem en sky af gas og støv og varmede den nok op til, at den kunne lyse i infrarødt, hvor den blev set af det WISE astronomiske observatorium. Kredit: NASA/JPL-Caltech/UCLA
En meget derude idé: Måske er de klareste medlemmer ... ikke. Medlemmer, altså. Når det sker, passerer klyngen meget tæt på en mørk sky af gas og støv, som lyser op af de klareste stjerner i Pleiaderne; du kan se det på billederne af klyngen. Dette er bare et tilfælde; målinger af klyngens og gasens bevægelser viser, at de bevæger sig i forskellige retninger, så de er uden relation. Men det får en til at spekulere på, om de lyseste stjerner måske heller ikke er en del af klyngen, og tilfældigvis bare er i nærheden af det på himlen.
Dette synes mig som ekstremt usandsynlig. De har omtrent den samme rigtige bevægelse (bevægelse hen over himlen) som selve klyngen, hvilket indikerer, at de højst sandsynligt vil være en del af den. Nogle af de lyseste stjerner har bevægelser, der er lidt væk fra den samlede klyngebevægelse (ligesom i en flok fugle kan en eller to fugle bevæge sig lidt hurtigere eller langsommere eller i en lidt anden retning end de andre) men ikke nok til at jeg råber 'j'accuse!' Du forventer det i en klynge af stjerner, hvor de interagerer gravitationsmæssigt. Nogle vil blive rykket og trukket i forskellige retninger. Det, vi ser der, kan bare være den normale fordeling af hastigheder.
Så der har du det. Det ser ud til, at vi nu kender afstanden til Pleiades centrum, og derfor kan negle andre egenskaber ved det meget bedre ... men nogle ret interessante mysterier er tilbage. Forhåbentlig vil dette og yderligere undersøgelser føre til en dybere fysisk indsigt i klyngens natur og vil også forklare, hvorfor de klareste stjerner ser ud til at justere for os. Jeg vil meget gerne vide, hvorfor det er det!
* Teknisk er dette ord flertal, og ental er Pleiad, men det bruges også som en gruppe eller et kollektivt substantiv, så det er ental. Så måske Hvor langt væk er Pleiaderne? er ikke så let at spørge, som jeg først troede. I hvert fald grammatisk.
† Han offentliggjorde dem i American Astronomical Society's Research Notes , hvor astronomer hurtigt kan udsende korte (under 1.000 ord) artikler om interessante forskningsstykker. Jeg vil bemærke, at det ikke er peer-reviewed. Tænk på dette som en meddelelse om forskningen frem for et grundigt fuldgyldigt papir.
