Astronomowie korzystający z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a po raz pierwszy w historii precyzyjnie zmierzyli odległość do jednego z najstarszych obiektów we Wszechświecie, do zbioru gwiazd, które powstały wkrótce po Wielkim Wybuchu.
Nowa, poprawiona linijka do mierzenia odległości we Wszechświecie stanowi nowy niezależny środek pomiaru wieku Wszechświata. Najnowsze pomiary pomogą także astronomom udoskonalić modele ewolucji gwiazd. Gromady gwiazd stanowią kluczowy składnik modeli gwiezdnych, ponieważ gwiazdy w każdym z takich zbiorów oddalone są od nas mniej więcej o taką samą odległość, mają ten sam wiek i ten sam skład chemiczny. Dlatego też stanowią osobne populacje gwiazd do badania.
Ten konkretny zbiór, gromada kulista NGC 6397, to jedna z najbliższych nam gromad kulistych. Nowe pomiary pozwoliły na ustalenie odległości od Ziemi na 7800 lat świetlnych, z zaledwie 3-procentowym marginesem błędu.
Jak dotąd astronomowie szacowali odległości do gromad kulistych naszej galaktyki porównując jasności i barwy tworzących je gwiazd do modeli teoretycznych i do jasności i barw podobnych gwiazd w otoczeniu Słońca. Jednak dokładność takich szacunków jest różna, a niepewności sięgają 10-20 procent.
Niemniej jednak nowe pomiary wykorzystują podstawową trygonometrię. Wykorzystując nowatorską technikę obserwacyjną do pomiaru niezwykle małych kątów na niebie, astronomowie rozciągnęli linijkę Hubble’a poza dysk Drogi Mlecznej.
Zespół badaczy obliczył wiek NGC 6397 na 13,4 miliarda lat. „Gromady kuliste są tak stare, że gdy nieznacznie pomylimy się szacując ich wiek na podstawie modeli, to czasami wydają się starsze od samego wszechświata” mówi Tom Brown z Space Telescope Science Institute (STScI) w Baltimore.
Precyzyjne odległości gromad kulistych wykorzystywane są jako punkty odniesienia w modelach gwiazd używanych do badania cech młodych i starych populacji gwiazd. „Jakikolwiek model, który zgadza się z takimi pomiarami daje nam więcej pewności gdy stosujemy go do odleglejszych gwiazd” mówi Brown. „Pobliskie gromady gwiazd stanowią filary naszych modeli gwiezdnych. Jak dotąd mieliśmy tylko dokładne odległości do dużo młodszych gromad otwartych znajdujących się wewnątrz naszej galaktyki, ponieważ znajdują się one znacznie bliżej Ziemi”.
Dla porównania, wokół dysku Drogi Mlecznej krąży około 150 gromad kulistych. Te sferyczne, gęsto upakowane chmary setek tysięcy gwiazd to jedne z pierwszych mieszkanek Drogi Mlecznej.
Astronomowie z zespołu Hubble’a wykorzystali paralaksę trygonometryczną do ustalenia odległości do gromady. Wykorzystując tę technikę, badacze mierzą niewielkie, widoczne przesunięcie położenia obiektu związane ze zmianą punktu, z którego prowadzone są obserwacje. Hubble zmierzył to niewielkie przesuniecie gwiazd gromady spowodowane ruchem Ziemi wokół Słońca.
Aby określić dokładną odległość do NGC 6397, zespół Browna wykorzystał sprytną metodę opracowaną przez astronoma Adama Riessa, laureata Nagrody Nobla oraz Stefano Casertano z STScI i JHU, służącą do precyzyjnego badania odległości do gwiazd pulsujących zwanych cefeidami. Owe pulsujące gwiazdy służą za wiarygodne markery odległości do obliczania dokładnego tempa ekspansji Wszechświata.
Dzięki tej technice zwanej „skanowaniem przestrzennym” kamera Wide Field Camera 3 (WFC3) zmierzyła paralaksę 40 gwiazd należących do gromady NGC 6397 wykonując pomiary co 6 miesięcy przez 2 lata. Następnie badacze połączyli wszystkie dane uzyskując precyzyjne pomiary odległości. „Ponieważ patrzymy na gromadę gwiazd, możemy uzyskać lepsze pomiary niż przyglądając się pojedynczym gwiazdom zmiennym” mówi Casertano.
Niewielkie wahania położenia gwiazd gromady miały rozmiary 1/100 piksela na kamerze teleskopu, zmierzone z precyzją 1/3000 piksela. Tego rodzaju dokładność można porównać do mierzenia rozmiaru opony samochodu stojącego na powierzchni Księżyca z dokładnością do 1 cala.
Badacze zaznaczają, że będą w stanie osiągnąć dokładność rzędu 1 procenta gdy połączą pomiary odległości z Hubble’a z przyszłymi wynikami uzyskanymi za pomocą kosmicznego obserwatorium Gaia, które mierzy położenie i odległości gwiazd z niespotykaną dotąd dokładnością. Drugi pakiet danych obserwacyjnych z Gai zostanie opublikowany pod koniec kwietnia.
Źródło: NASA Goddard Space Flight Center