היקום הוא מקום ממש ממש גדול. אנחנו מדברים ... גדולים באופן בלתי מורגש! למעשה, בהתבסס על תצפיות בשווי עשרות שנים, האסטרונומים מאמינים כעת שהיקום הנצפה מודד כ -46 מיליארד שנות אור לרוחב. מילת המפתח שיש ניתן לצפייה, מכיוון שכשאתם לוקחים בחשבון את מה שאנחנו לא יכולים לראות, מדענים חושבים שזה בעצם דומה ל 92 מיליארד שנות אור.
החלק הקשה ביותר בכל זה הוא ביצוע מדידות מדויקות של המרחקים המעורבים. אך מאז לידת האסטרונומיה המודרנית התפתחו שיטות מדויקות יותר ויותר. מלבד הסטה אדומה ובחינת האור המגיע מכוכבים וגלקסיות רחוקות, אסטרונומים מסתמכים גם על מעמד של כוכבים המכונים משתני Cepheid (CV) כדי לקבוע את מרחק העצמים בתוך הגלקסיה שלנו ומחוצה לה.
הגדרה:
כוכבים משתנים הם בעצם כוכבים החווים תנודות בהירותם (המכונה גם בהירות מוחלטת). משתנים של Cepheids הם סוג מיוחד של כוכב משתנה בכך שהם חמים ומסיביים - מסה פי חמישה עד עשרים מכמות השמש שלנו - והם ידועים בנטייתם לפעימה קדימה ומשתנים בקוטר וגם בטמפרטורה.
יתר על כן, פעימות אלו קשורות ישירות לזוהרות המוחלטת שלהם, המתרחשת בפרקי זמן מוגדרים היטב וצפויים (שנעים בין 1 ל- 100 יום). כשהוא מתכנן כקשר בין גודל ועוצמה לתקופה, צורת עקומת הזוהר של הצפיאד דומה לזו של "סנפיר כריש" - בצע את עלייתו ושיאו הפתאומי, ואחריה ירידה קבועה יותר.
השם נגזר מדלתא קפאי, כוכב משתנה בקבוצת הכוכבים שהיה ה- CV הראשון שזוהה. ניתוח הספקטרום של כוכב זה מעלה כי קורות חיים עברו גם שינויים מבחינת הטמפרטורה (בין 5500 - 66oo K) וקוטר (~ 15%) במהלך תקופת פעימה.
השתמש באסטרונומיה:
הקשר בין תקופת השונות לבין הזוהר של כוכבי CV הופך אותם למועילים מאוד בקביעת מרחק העצמים ביקום שלנו. לאחר מדידת התקופה, ניתן לקבוע את הזוהר, וכך להפיק אומדנים מדויקים של מרחק הכוכב באמצעות משוואת מודולוס מרחק.
משוואה זו קובעת כי: M – M = 5 יומן ד - 5 - איפה M הוא גודל האובייקט לכאורה M הוא הגודל המוחלט של האובייקט, ו ד הוא המרחק לאובייקט בנתחים. ניתן לראות ולמדוד משתני Cepheid למרחק של בערך 20 מיליון שנות אור, לעומת מרחק מקסימאלי של כ -65 שנות אור למדידות פרלקס מבוסס כדור הארץ וקצת 326 שנות אור למשימת היפרקוס של ESA.
מכיוון שהם בהירים, וניתן לראות אותם בבירור כמיליוני שנות אור משם, ניתן להבדיל אותם בקלות מכוכבים בהירים אחרים בסביבתם. בשילוב עם הקשר בין השתנותם לזוהרות, זה הופך אותם לכלים שימושיים ביותר להסיקת גודל וקנה המידה של היקום שלנו.
שיעורים:
משתני Cepheid מחולקים לשתי תת-סוגים - Cepheids קלאסיים ו- Cepheids מסוג II - בהתבסס על הבדלים בהמוניהם, גילם ובהיסטוריה האבולוציונית שלהם. Cepheids קלאסית הם אוכלוסיות I (עשירות מתכת) כוכבים משתנים שהם מסיביים פי 20-20 מהשמש ועד פי 100,000 יותר זוהרים. הם עוברים פעימות עם תקופות קבועות מאוד בסדר גודל של ימים עד חודשים.
Cepheids אלה הם בדרך כלל ענקים בהירים צהובים ענקי-על (סוג הקשת הספקטרלית F6 - K2) והם חווים שינויים ברדיוס במיליוני הקילומטרים במהלך מחזור פעימות. Cepheids קלאסיים משמשים לקביעת מרחקים לגלקסיות בתוך הקבוצה המקומית ומחוצה לה, והם אמצעי באמצעותו ניתן לקבוע את קבוע האבל (ראה להלן).
Cepheids מסוג II הם אוכלוסייה II (עניים מתכתיים) כוכבים משתנים הפועם עם תקופות של בדרך כלל בין 1 ל- 50 יום. Cepheids מסוג II הם גם כוכבים ישנים יותר (~ 10 מיליארד שנים) שיש להם כמחצית ממסת השמש שלנו.
Cefheids מסוג II מחולקים גם הם על פי תקופתם בתתי-המשטחים BL Her, W Virginis ו- RV Tauri (נקראים על שם דוגמאות ספציפיות) - שיש להם תקופות של 1-4 ימים, 10-20 יום, ויותר מ 20 יום, בהתאמה . Cepheids מסוג II משמשים לקביעת המרחק למרכז הגלקטי, לאשכולים כדוריים ולגלקסיות שכנות.
יש גם כאלו שאינם משתלבים באף אחת מהקטגוריות, המכונות קפידים אנומליים. למשתנים אלה יש תקופות של פחות מיומיים (בדומה ל- RR Lyrae) אך יש בהירות גבוהה יותר. יש להם גם מסות גבוהות יותר מאשר קפאידים מסוג II, ובעלי גילאים לא ידועים.
חלק קטן ממשתני Cepheid נצפו גם הם הפועמים בשני מצבים בו זמנית, ומכאן השם Cepheids במצב כפול. מספר קטן מאוד פועם בשלושה מצבים, או שילוב מצבים יוצא דופן.
היסטוריה של תצפית:
המשתנה Cepheid הראשון שהתגלה היה אטה אקווילה, שנצפתה ב- 10 בספטמבר 1784, על ידי האסטרונום האנגלי אדוארד פיגוט. דלתא קפיי, שעל שמה נקרא מעמד כוכב זה, התגלה כמה חודשים לאחר מכן על ידי האסטרונום האנגלי החובב ג'ון גודריקקה.
בשנת 1908, במהלך חקירת כוכבים משתנים בענני מגלן, גילה האסטרונום האמריקני הנרייטה סוואן לאוויט את הקשר בין התקופה לבין הזוהר של קפידים קלאסיים. לאחר רישום התקופות של 25 כוכבי משתנים שונים, היא פרסמה את ממצאיה בשנת 1912.
בשנים שלאחר מכן, כמה אסטרונומים נוספים היו מבצעים מחקר על Cepheids. עד שנת 1925 הצליח אדווין האבל לקבוע את המרחק בין שביל החלב לגלקסיית אנדרומדה על סמך משתני קפאיד בתוך האחרון. ממצאים אלה היו מרכזיים מכיוון שהם התיישבו עם הוויכוח הגדול, בו אסטרונומים ביקשו לקבוע אם שביל החלב הוא ייחודי או לא, או אחת הגלקסיות הרבות ביקום.
על ידי מדידת המרחק בין שביל החלב למספר גלקסיות אחרות, ושילובו עם מדידותיו של ווסטו סליפר על משמרת האדום שלהם, הצליחו האבל ומילטון ל. הומסון לנסח את חוק האבל. בקיצור, הם הצליחו להוכיח שהיקום נמצא במצב של התפשטות, דבר שהוצע לפני שנים.
התפתחויות נוספות במהלך המאה העשרים כללו חלוקת קפידים למעמדות שונים, מה שעזר לפתור סוגיות בקביעת מרחקים אסטרונומיים. הדבר נעשה במידה רבה על ידי וולטר באאדה, שבשנות הארבעים הכיר בהבדל בין קפאידים קלאסיים לסוג II בהתבסס על גודלם, גילם וזוהרם.
מגבלות:
למרות הערך שלהם בקביעת מרחקים אסטרונומיים, יש כמה מגבלות בשיטה זו. העיקרית ביניהן היא העובדה שעם קפאידים מסוג II ניתן לקיים את הקשר בין תקופה לזוהר על ידי מתכתי נמוך יותר, זיהום פוטומטרי וההשפעה המשתנה והלא ידועה שיש לגז ואבק על האור שהם פולטים (הכחדה מהממים).
סוגיות לא פתורות אלה הביאו לכך שצוינו ערכים שונים עבור הקבוע של האבל - שנע בין 60 קמ"ש למיליון פרסקיות (MPC) ו- 80 קמ"ש / קמ"ק. פיתרון אי התאמה זו היא אחת הבעיות הגדולות בקוסמולוגיה המודרנית, מכיוון שגודל וקצב ההתפשטות של היקום קשורים זה בזה.
עם זאת, שיפורים במכשור ובמתודולוגיה מגדילים את הדיוק שבו נצפים משתני Cepheid. עם הזמן, יש לקוות כי תצפיות על הכוכבים הסקרנים והייחודיים הללו יניבו ערכים מדויקים באמת, ובכך יסלק מקור מפתח של ספק בהבנתנו את היקום.
כתבנו מאמרים רבים ומעניינים על משתני Cepheid כאן במגזין החלל. האסטרונומים של הנה הם מוצאים דרך חדשה למדידת מרחקים קוסמיים, אסטרונומים משתמשים בהד אור כדי למדוד את המרחק לכוכב, ואסטרונומים נסגרים על אנרגיה אפלה עם קבוע קבוע האבל.
לאסטרונומיה קאסט יש פרק מעניין שמסביר את ההבדלים בין כוכבי אוכלוסייה I ו- II - פרק 75: אוכלוסיות מהממים.
מקורות:
- ויקיפדיה - משתנה Cepheid
- היפרפיזיקה - משתני קפיד
- סולם המרחק הקוסמי AAVSO
- LCOGT - Cepheid Variable Stars, סופרנובות ומדידות מרחק
