gov-civil-vilareal.ptHoe ver weg zijn de Pleiaden?
>Ik heb de laatste tijd nogal wat geschreven over de Gaia-missie , maar als mijn excuus is de recente release van een enorme hoeveelheid gegevens van de tweede generatie van het ruimteobservatorium is een revolutie teweegbrengen in veel elementaire astronomische kennis.
Klinkt grandioos? Nou, het is niet overdreven! Gaia meet nauwkeurig de posities, bewegingen en kleuren van meer dan een miljard sterren . Er is bijna geen manier om dat te doen zonder een of twee basisprincipes omver te werpen.
wat betekent het zien van 2222?
Bijvoorbeeld, Polaris is een speciaal soort ster die we gebruiken om de afstanden tot andere sterrenstelsels te vinden, en Gaia heeft geholpen om vast te stellen hoe ver het van ons verwijderd is - de basis van onze kosmische afstandsladder - beter dan ooit tevoren. Het vond een cluster van sterren die voorheen onbekend waren voor ons, en loste een oud mysterie op over een schijnbare dubbelster die al tientallen jaren een pijn in de nek van amateur-astronomen is.
Dat is slechts een voorproefje, een knabbeltje, en amuse . Er is nog veel meer, en jongens, ik heb een stapel aantekeningen voor meer artikelen. Maar er was er een bijzonder mysterie dat ik door Gaia wilde oplossen, een mysterie dat al vele jaren aan het brouwen is en eigenlijk best belangrijk is. En het is eenvoudig om te vragen:
Hoe ver weg zijn de Pleiaden?
Eenvoudig om te vragen, maar moeilijk - heel moeilijk - om met enige mate van nauwkeurigheid te beantwoorden. Astronomen proberen deze vraag al heel lang te beantwoorden, en het ging goed totdat het opeens helemaal niet goed ging. Verschillende methoden leveren verschillende antwoorden op, en een recente missie die moest helpen, maakte het nog erger. Ik hoopte echt dat Gaia de spijker in de kist van dit raadsel zou slaan, en dat is misschien ook zo... maar in sommige opzichten, vrees ik, zijn de dingen vreemder geworden.
Een prachtige diepe afbeelding van de Pleiaden, een nabijgelegen sterrenhoop. Credit: Robert Gendler
OK, eerst: The Pleaides*is een cluster van ongeveer 1500 sterren in het sterrenbeeld Stier. De helderste paar vormen een kenmerkende dipper-vorm (en worden vaak aangezien voor de Little Dipper) en hebben ongeveer dezelfde helderheid, waardoor ze een mooi en opvallend gezicht zijn. Een verrekijker onthult tientallen sterren en een telescoop honderden.
De hele reeks sterren is ongeveer 440 lichtjaar verwijderd, waardoor het een van de meest nabije is sterrenhopen voor ons, en daarom is het zo duidelijk aan onze hemel.
Dat is cool om een heleboel redenen. Alle sterren in een cluster worden rond dezelfde tijd en uit hetzelfde materiaal geboren, dus verschillen in hun uiterlijk (helderheid enzovoort) zijn waarschijnlijk alleen te wijten aan hun massa. Dat maakt het veel eenvoudiger om te begrijpen hoe ze ouder worden. Omdat de Pleiaden heel dichtbij zijn, kunnen zelfs zwakkere leden goed worden waargenomen, wat veel moeilijker is voor verder verwijderde clusters, en het helpt ons ook te begrijpen wat er aan de lichtere kant van de massaschaal gebeurt. Je krijgt een completer beeld van de geheel cluster, niet alleen de helderdere, gemakkelijker te zien sterren, en dat inzicht kan ertoe leiden dat alle clusters beter worden begrepen.
De afstand tot het cluster is belangrijk, omdat je dan absolute getallen kunt krijgen, zoals hoe lichtgevend de sterren zijn. Maar die afstand tot de Pleiaden is niet goed bepaald. Er zijn verschillende methoden gebruikt om te proberen de afstand tot het cluster te bepalen, waarvan sommige een afstand van ongeveer 415 lichtjaar tot het centrum van de cluster opleveren, ongeveer 470. Dat is een breed bereik. Zelfs als we rekening houden met de fysieke grootte van het cluster, dat ruim 50 lichtjaar breed is, is dat een grote onzekerheid.
Er werd gehoopt dat dit voor eens en altijd zou worden opgelost wanneer de Hipparcos-satelliet begon in het begin van de jaren '90. Maar toen de gegevens voor de Pleiaden terugkwamen, vond het een afstand van 380 lichtjaren, veel dichterbij dan eerdere resultaten. Zelfs na een grote herkalibratie van Hipparcos-gegevens, bleef de berekende afstand bij bijna elke andere methode achter. Het is vrijwel zeker te wijten aan een systematische fout in de Hipparcos-gegevens, maar die controverse gaat nog steeds door vandaag .
Gaia binnen. Met zijn ongekende nauwkeurigheid zou het, vrij letterlijk, de Pleiaden op hun plaats moeten zetten.
En dat doet het! Maar dan wordt het raar.
William Abramson , een astronoom met het Centro Atómico Bariloche, CONICET en Instituto Balseiro in Argentinië, onderzocht de Gaia-resultaten voor de cluster en publiceerde onlangs zijn bevindingen†. Ik heb contact met hem opgenomen over zijn werk en we hebben er nu een paar weken over gediscussieerd, in een poging de resultaten te interpreteren.
In het kort gebruikte hij de Gaia-gegevens om de leden van de cluster te isoleren, waarbij hij verschillende methoden gebruikte om voor- en achtergrondsterren te negeren (een methode die was gebruikt in een eerdere studie waarbij gebruik werd gemaakt van Gaia-gegevens van de eerste generatie , voor consistentie). Hij vond bijna 1600 sterren. Kijkend naar hun afstanden tot de aarde en het gemiddelde nemend - wat het centrum van het cluster zou moeten opleveren - kreeg hij een afstand tot het clustercentrum van 445,5 lichtjaar . Boom! Dit komt overeen met eerdere metingen met andere methoden, in feite bijna in het midden, en lijkt duidelijk aan te tonen dat de Hipparcos-meting foutief is.
Maar…
Kijk wat er gebeurt als je een 3D-boxplot maakt van de posities van de sterren:
Een 3D-plot van de posities van 1600 Pleiaden-sterren; de gelabelde assen aan de bovenkant zijn de positie in de lucht, en de derde as langs de zijkant is de afstand tot de aarde (in parsecs; 1 pc = 3,26 lichtjaar). Merk op dat de cluster langwerpig is en dat de helderste sterren zich allemaal aan de nabije kant van de cluster bevinden. Krediet: Guillermo Abramson
Verschillende dingen springen eruit. De doos wordt weergegeven als ongeveer 150 lichtjaar aan een kant, maar vanwege de beperking die Abramson oplegde bij het zoeken naar leden, is de cluster veel kleiner dan dat, dus het beslaat alleen het centrale deel van de figuur (de grootte van de bal staat voor helderheid, dus grotere bal = helderdere ster).
Toch kun je zien dat het cluster langwerpig lijkt! Dat is meteen een interessant resultaat! In eerder onderzoek was gesuggereerd op een langwerpige vorm , dus dat is netjes. Ik geef ook toe dat ik meteen verdacht was dat de as, de richting van de verlenging, recht naar ons leek te wijzen (in deze afbeelding is de richting naar de aarde naar beneden). Ik hou niet van toevalligheden! Kan er iets mis zijn met de gegevens?
Toevallig werd ik niet zo lang geleden gecontacteerd door Chris Anderson , de productiespecialist en coördinator van het observatorium van het Faulkner Planetarium in Idaho. Hij had mijn eerdere artikelen over Gaia gelezen en merkte op dat de nieuwe release van gegevens zou kunnen helpen bij het oplossen van het Pleiaden-afstandsprobleem! Ik vertelde hem dat ik er al mee bezig was en de verlenging van het cluster als een potentieel probleem zag.
Toen vertelde hij me iets wat ik niet wist: Veel clusters zijn langwerpig , en bovendien zijn ze zo langwerpig dat ze naar het centrum van de melkweg wijzen! Dat is geen toeval: de zwaartekracht van de melkweg kan de cluster uitrekken, waardoor sterren dichter bij het galactische centrum harder worden aangetrokken dan de sterren aan de andere kant - dit wordt de galactisch getij , en hoewel het zwak is, kan het voldoende zijn om de grootte van een cluster te verlengen.
Ik heb onmiddellijk de coördinaten van de Pleiaden gecontroleerd, en inderdaad, ze bevinden zich vrij dicht bij ons tegenover het galactische centrum. Dus als de Melkweg het cluster uitrekt, zou je verwachten die verlenging naar ons wijzen. Vanuit het oogpunt van de Pleiaden zijn we in de lucht direct naast het galactische centrum!
dagboek van een slap kind: sloopkogel
Dus daardoor voelde ik me beter. Maar toen dook er nog iets vreemds op. En het is gerelateerd. Kijk nog eens naar de plot. De helderste sterren zijn de grootste ballen. Zie je iets vreemds aan hen?
Ze lijken allemaal langs een lijn te vallen aan de dichtstbijzijnde kant van het cluster, recht op ons gericht.
Dat is best vreemd. Het feit dat alle sterren op een lijn staan die naar ons wijst, kan te maken hebben met het galactische getij, maar ik kan geen fysiek scenario bedenken waarbij de helderste sterren allemaal aan één kant van de cluster zouden liggen, en zo ver van de sterrenhoop. centrum. Gewoonlijk vallen de meest massieve sterren (die het helderst zijn) in de richting van het centrum van de cluster. Elke keer dat twee of meer sterren elkaar passeren terwijl ze om het centrum van de cluster draaien, is het netto-effect dat minder massieve sterren naar de rand van de cluster bewegen en de zwaardere sterren naar het centrum vallen. Dit heet dynamische wrijving en is een redelijk goed begrepen proces. Dit is dus een hoofdbrekens.
Toen ik dit zag, vroeg ik me af of het echt was. Misschien zit er iets in de gegevens waardoor het lijkt alsof alle heldere sterren zich aan de nabije kant van de cluster bevonden!
Uit eerder werk weet ik toevallig dat Gaia moeite heeft met het verkrijgen van metingen voor zeer heldere sterren; ze overspoelen de detectoren met licht en maken het moeilijk om hun posities nauwkeurig te meten. De helderste Pleiade, Alcyone, bevindt zich precies op die limiet, dus er is waarschijnlijk een behoorlijk grote onzekerheid in de verte. En als je naar de werkelijke meting en de foutbalk kijkt, zou Alcyone 364 tot 465 lichtjaar van ons verwijderd kunnen zijn! Zijn waarschijnlijker aan de dichtstbijzijnde kant van het cluster zijn, maar het kan ook aan de andere kant zijn.
De andere heldere Pleiaden - Atlas, Electra, Maia, Merope, Taygeta, Pleione en Asterope - hebben echter allemaal veel lagere onzekerheden en zien eruit alsof ze in feite op deze kant van het cluster. Dit is dus het tegenovergestelde van wat je zou verwachten, en ik heb er geen eenvoudig antwoord op. Abramson en ik hebben het uitgebreid besproken, maar we weten niet zeker wat we ervan moeten denken; hij schreef er zelfs over op zijn eigen blog . Misschien zal een nadere beschouwing van de gegevens of een meer diepgaande analyse van de interacties van de sterren met elkaar een oplossing voor deze puzzel onthullen.
De Pleiaden-cluster ploegt toevallig door een wolk van gas en stof en warmt deze voldoende op om te gloeien in het infrarood, waar het werd gezien door het astronomische observatorium WISE. Credit: NASA/JPL-Caltech/UCLA
Een heel duidelijk idee: misschien zijn de slimste leden... dat niet. Leden, dat wel. Toevallig passeert de cluster heel dicht bij een donkere wolk van gas en stof, die wordt verlicht door de helderste sterren in de Pleiaden; je kunt het zien in de afbeeldingen van het cluster. Dit is gewoon toeval; metingen van de bewegingen van het cluster en het gas laten zien dat ze in verschillende richtingen bewegen, dus ze hebben niets met elkaar te maken. Maar je kunt je afvragen of de helderste sterren misschien ook geen deel uitmaken van de cluster, en toevallig toevallig dichtbij aan de hemel staan.
Dit lijkt me extreem onwaarschijnlijk. Ze hebben ongeveer dezelfde eigenbeweging (beweging door de lucht) als de cluster zelf, wat aangeeft dat ze er hoogstwaarschijnlijk deel van uitmaken. Sommige van de helderste sterren hebben bewegingen die een beetje afwijken van de algemene clusterbeweging (net als in een zwerm vogels kunnen een of twee vogels een beetje sneller of langzamer of in een iets andere richting bewegen dan de andere), maar niet genoeg voor mij om 'j'accuse!' Dat verwacht je in een cluster van sterren waar ze door zwaartekracht op elkaar inwerken. Sommigen zullen in verschillende richtingen worden getrokken en getrokken. Wat we daar zien, zou gewoon die normale verdeling van snelheden kunnen zijn.
Dus daar heb je het. Het lijkt erop dat we nu de afstand tot het centrum van de Pleiaden kennen, en daarom andere eigenschappen ervan veel beter kunnen bepalen... maar er blijven enkele behoorlijk interessante mysteries over. Hopelijk zullen deze en verdere studies leiden tot een dieper fysiek inzicht in de aard van de cluster, en zullen ze ook verklaren waarom de helderste sterren voor ons lijken uit te lijnen. Ik zou heel graag willen weten waarom dit is!
* Technisch gezien is dit woord meervoud, en het enkelvoud is Pleiad, maar het wordt ook gebruikt als een groep of collectief zelfstandig naamwoord, dus het is enkelvoud. Dus misschien Hoe ver weg zijn de Pleiaden? is niet zo eenvoudig te vragen als ik eerst dacht. Grammaticaal althans.
† Hij publiceerde ze in de Onderzoeksnotities van de American Astronomical Society , waar astronomen snel korte (minder dan 1.000 woorden) artikelen over interessante stukjes onderzoek kunnen publiceren. Ik merk op dat het niet peer-reviewed is. Zie dit als een aankondiging van het onderzoek in plaats van een gedegen volwaardige paper.
