Cefeida

Cefeidy są jednymi z najbardziej znaczących typów pulsujących gwiazd zmiennych w astronomii, a ich unikalne właściwości odgrywają niezwykle ważną rolę w wyznaczaniu odległości w kosmosie. Są to jasne, masywne gwiazdy, których jasność zmienia się w regularnym cyklu, co pozwala astronomom na ich wykorzystanie jako tzw. świec standardowych – narzędzi do pomiaru odległości do odległych galaktyk.

Czym są cefeidy?

Cefeidy należą do grupy gwiazd zmiennych pulsujących, których okres jasności i zmiany rozmiaru mają ścisły związek z ich rzeczywistą jasnością absolutną. Zjawisko to opiera się na pulsacji gwiazdy, czyli cyklicznym kurczeniu się i rozszerzaniu zewnętrznych warstw gwiazdy, co prowadzi do zmian jej jasności. Okres pulsacji cefeid wynosi od kilku do kilkudziesięciu dni, co jest proporcjonalne do ich jasności absolutnej.

W astronomii rozróżnia się dwa główne typy cefeid:

1. Cefeidy typu I (Cefeidy klasyczne) – są to młodsze i bardziej masywne gwiazdy, bogate w metale. Ich pulsacje trwają od 1 do 50 dni.
2. Cefeidy typu II – starsze, mniej masywne gwiazdy o dłuższych okresach pulsacji, często występujące w starych populacjach gwiazd.

Mechanizm pulsacji cefeid

Pulsacje cefeid wynikają z tzw. mechanizmu Kappa, który polega na zmiennym oporze gazów w atmosferze gwiazdy. W miarę jak gwiazda kurczy się, wzrasta ciśnienie i temperatura w jej wnętrzu, co powoduje zwiększenie jasności. Gdy zewnętrzne warstwy się rozszerzają, ciśnienie spada, a wraz z nim maleje jasność gwiazdy. Cykl ten powtarza się regularnie, dając charakterystyczne zmiany jasności.

Cefeidy odgrywają fundamentalną rolę w określaniu odległości do innych galaktyk i pomagają astronomom w kalibracji kosmicznych odległości. Dzięki nim możliwe było zmierzenie odległości do galaktyk spoza Drogi Mlecznej oraz wyznaczenie tempa ekspansji Wszechświata, co z kolei doprowadziło do sformułowania teorii o Wielkim Wybuchu i rozwinięciu stałej Hubble’a.

Polecamy również …

• Pulsary w Drodze Mlecznej
• Kolejne 10 pulsarów znalezionych w gromadzie kulistej Terzan 5
• Gwiazda neutronowa Swift J1818.0-1607 to obiekt mający jedynie 240 lat!

Równanie okres-jasność

Jednym z najważniejszych odkryć związanych z cefeidami jest istnienie ścisłej zależności między okresem pulsacji a jasnością absolutną tych gwiazd. Zależność tę odkryła w 1912 roku Henrietta Swan Leavitt, amerykańska astronomka, badając cefeidy w Małym Obłoku Magellana. Stwierdziła, że im dłuższy jest okres pulsacji cefeidy, tym jaśniejsza jest jej rzeczywista jasność absolutna.

Ta zależność, znana jako równanie okres-jasność, pozwala astronomom na określenie odległości do cefeid. Wystarczy zmierzyć okres pulsacji i obserwowaną jasność gwiazdy, aby wyznaczyć jej odległość od Ziemi. Dzięki temu cefeidy stały się podstawą kosmicznej skali odległości, zwanej drabiną odległości.

Przykłady odkrytych cefeid

Delta Cephei

Najbardziej znana cefeida, która dała nazwę całej klasie tych gwiazd. Znajduje się w gwiazdozbiorze Cefeusza, około 890 lat świetlnych od Ziemi. Okres jej pulsacji wynosi 5.4 dnia, a jasność zmienia się od 3.5 do 4.4 magnitudo.

Eta Aquilae

Jasna cefeida typu I, położona w gwiazdozbiorze Orła, o okresie pulsacji wynoszącym około 7.2 dnia. Eta Aquilae jest jedną z pierwszych odkrytych cefeid i odgrywa ważną rolę w badaniach nad ich naturą.

Zeta Geminorum

Cefeida w gwiazdozbiorze Bliźniąt, której okres pulsacji wynosi 10.2 dnia. Jest jedną z jaśniejszych cefeid widocznych na niebie, z jasnością wahającą się między 3.6 a 4.2 magnitudo.

V473 Lyr

Znajduje się w gwiazdozbiorze Lutni, a jej okres pulsacji wynosi zaledwie 1,49 dnia. Jest to interesujący przypadek cefeidy o krótkim okresie pulsacji, co czyni ją wyjątkowym obiektem do badań.

RS Puppis

Jedna z najjaśniejszych znanych cefeid, znajdująca się około 6500 lat świetlnych od Ziemi, w gwiazdozbiorze Rufy. Jej okres pulsacji wynosi 41.5 dnia, czyniąc ją jedną z cefeid o najdłuższym okresie. RS Puppis jest wyjątkowa także ze względu na swoje otoczenie – rozświetla otaczającą ją mgławicę umożliwiając dokładniejsze badanie jej odległości.

Polaris (Gwiazda Polarna)

Polaris jest gwiazdą zmienną typu cefeida o krótkim okresie pulsacji wynoszącym około 3.97 dnia. Chociaż jej zmienność jest niewielka, gwiazda ta odgrywa niezwykle ważną rolę w nawigacji i jest jednym z najlepiej znanych obiektów astronomicznych.

Na koniec kilka słów podsumowania

Cefeidy to jedne z najważniejszych obiektów w astronomii, których regularne pulsacje i zależność okres-jasność umożliwiają dokładne wyznaczanie odległości do odległych galaktyk.

Dzięki cefeidom możliwe było kalibrowanie skali odległości w kosmosie i uzyskanie precyzyjnych pomiarów dotyczących tempa ekspansji Wszechświata. Obiekty takie jak Delta Cephei, Polaris czy RS Puppis pomagają astronomom badać złożone procesy zachodzące we Wszechświecie i lepiej rozumieć jego strukturę.