Dengan menggunakan jenis bintang berubah-ubah Cepheid gergasi yang jarang berlaku sebagai penanda kosmik, ahli astronomi telah menemui cara untuk mengukur jarak ke objek tiga kali lebih jauh dari angkasa daripada yang mungkin sebelumnya. Tetapi ahli astronomi telah menemui cara untuk menggunakan pemboleh ubah Cepheid “ultra long period” (ULP) sebagai suar untuk mengukur jarak hingga 300 juta tahun cahaya dan seterusnya.
Cepheid klasik terang, tetapi melebihi 100 juta tahun cahaya dari Bumi, isyarat mereka hilang di antara bintang-bintang terang yang lain, kata Jonathan Bird, pelajar kedoktoran dalam bidang astronomi di Ohio State, yang membincangkan penemuannya pada persidangan Persatuan Astronomi Amerika pada hari Isnin.
Tetapi ULP adalah kelas Cepheid yang jarang dan sangat terang, yang berdenyut sangat perlahan.
Ahli astronomi juga telah lama berpendapat bahawa cepheid ULP tidak berkembang dengan cara yang sama seperti cepheid lain. Walau bagaimanapun, dalam kajian ini, para astronom menemui bukti pertama mengenai cepheid ULP yang berkembang sama dengan Cepheid klasik.
Terdapat beberapa kaedah untuk mengira jarak ke bintang, dan ahli astronomi sering harus menggabungkan kaedah untuk mengukur jarak secara tidak langsung. Analogi biasa adalah tangga, dengan setiap kaedah baru lebih tinggi daripada yang lain. Pada setiap tangga baru jarak jarak kosmik, kesalahan bertambah, mengurangkan ketepatan pengukuran keseluruhan. Oleh itu, kaedah tunggal yang boleh melangkau tangga adalah alat berharga untuk menyelidiki alam semesta.
Krzysztof Stanek, profesor astronomi di Ohio State, menerapkan teknik pengukuran langsung pada tahun 2006, ketika dia menggunakan cahaya yang muncul dari sistem bintang binari di galaksi M33 untuk mengukur jarak ke galaksi itu untuk pertama kalinya. M33 berjarak 3 juta tahun cahaya dari Bumi.
Teknik baru menggunakan ULP cepheids ini berbeza. Ini adalah kaedah tidak langsung, tetapi kajian awal ini menunjukkan bahawa kaedah ini akan berfungsi untuk galaksi yang jauh lebih jauh daripada M33.
"Kami mendapati cepheids jangka panjang menjadi penunjuk jarak yang berpotensi kuat. Kami yakin mereka dapat memberikan pengukuran jarak bintang langsung pertama kepada galaksi dalam jarak 50-100 megaparsecs (150 juta - 326 juta tahun cahaya) dan lebih dari itu, "kata Stanek.
Oleh kerana penyelidik umumnya tidak memperhatikan cepheid jangka masa yang sangat panjang, terdapat beberapa di antaranya dalam catatan astronomi. Untuk kajian ini, pelajar doktoral Stanek, Bird dan Ohio State, Jose Prieto, menemui 18 cepheid ULP dari literatur.
Masing-masing terletak di galaksi berdekatan, seperti Awan Magellan Kecil. Jarak ke galaksi-galaksi berdekatan ini memang terkenal, oleh itu para astronom menggunakan pengetahuan itu untuk mengkalibrasi jarak ke ULP cepheids.
Mereka mendapati bahawa mereka dapat menggunakan ULP cepheids untuk menentukan jarak dengan ralat 10-20 persen - kadar yang biasa digunakan oleh kaedah lain yang membentuk tangga jarak kosmik.
"Kami berharap dapat mengurangkan kesilapan itu kerana lebih banyak orang memperhatikan ULP cepheids dalam tinjauan bintang mereka," kata Bird. "Apa yang kami tunjukkan sejauh ini adalah bahwa metode ini berfungsi pada prinsipnya, dan hasilnya memberangsangkan."
Bird menjelaskan mengapa ahli astronomi telah mengabaikan ULP cepheids pada masa lalu.
Cepheid jangka pendek, yang terang dan redup setiap beberapa hari, membuat penanda jarak yang baik di angkasa kerana tempohnya secara langsung berkaitan dengan kecerahannya - dan para astronom dapat menggunakan maklumat kecerahan tersebut untuk menghitung jarak. Polaris, Bintang Utara, adalah cepheid yang terkenal dan klasik.
Tetapi ahli astronomi selalu berfikir bahawa ULP cepheids, yang cerah dan redup dalam beberapa bulan atau lebih lama, tidak mematuhi hubungan ini. Mereka lebih besar dan lebih terang daripada cepheid biasa. Sebenarnya, ia lebih besar dan lebih terang daripada kebanyakan bintang; dalam kajian ini, misalnya, 18 ULP cepheids berukuran dari 12-20 kali jisim matahari kita.
Kecerahan menjadikan mereka penanda jarak yang baik, kata Stanek. Cepheid khas lebih sukar dilihat di galaksi yang jauh, kerana cahaya mereka menyatu dengan bintang lain. ULP cepheids cukup terang untuk menonjol.
Ahli astronomi juga telah lama mengesyaki bahawa cepheid ULP tidak berkembang dengan cara yang sama seperti cepheid lain. Walau bagaimanapun, dalam kajian ini, pasukan Ohio State menemui bukti pertama mengenai cepheid ULP yang berkembang seperti cepheid yang lebih klasik.
Cepheid klasik akan bertambah panas dan sejuk berkali-kali sepanjang hayatnya. Di antara, lapisan luar bintang menjadi tidak stabil, yang menyebabkan perubahan kecerahan. ULP cepheids dianggap melalui tempoh ketidakstabilan ini hanya sekali, dan hanya dalam satu arah - dari yang lebih panas hingga lebih sejuk.
Tetapi ketika para astronom mengumpulkan data dari pelbagai bahagian literatur untuk kajian ini, mereka mendapati bahawa salah satu cepheids ULP - bintang di Awan Magellanik Kecil yang dijuluki HV829 - jelas bergerak ke arah yang bertentangan.
Empat puluh tahun yang lalu, HV829 berdenyut setiap 87.6 hari. Kini ia berdenyut setiap 84.4 hari. Dua pengukuran lain yang ditemukan dalam literatur menegaskan bahawa periode itu menyusut dengan stabil dalam beberapa dekade di antaranya, yang menunjukkan bahawa bintang itu sendiri menyusut, dan semakin panas.
Ahli astronomi menyimpulkan bahawa ULP cepheids dapat membantu para astronom tidak hanya mengukur alam semesta, tetapi juga mengetahui lebih lanjut mengenai bagaimana bintang sangat besar berkembang.
Beberapa hasil ini dilaporkan dalam Jurnal Astrofizik pada bulan April 2009. Sejak makalah itu ditulis, para astronom Negara Ohio telah mula menggunakan Teleskop Binokular Besar di Tucson, Arizona untuk mencari lebih banyak cepheid ULP. Stanek mengatakan bahawa mereka telah menemui beberapa calon yang baik di galaksi M81, tetapi hasilnya masih belum dapat disahkan.
Sumber: AAS, Universiti Negeri Ohio
