gov-civil-vilareal.ptWie weit sind die Plejaden entfernt?
>Ich habe in letzter Zeit ziemlich viel darüber geschrieben die Gaia-Mission , aber als Entschuldigung die kürzliche Veröffentlichung einer großen Menge von Daten der zweiten Generation vom Weltraumobservatorium ist revolutioniert viele astronomische Grundkenntnisse.
Klingt grandios? Nun, es ist nicht übertrieben! Gaia misst präzise die Positionen, Bewegungen und Farben von mehr als eine Milliarde Sterne . Es gibt fast keine Möglichkeit, dies zu tun, ohne ein oder zwei grundlegende Prämissen umzudrehen.
Beispielsweise, Polaris ist eine besondere Art von Stern die wir verwenden, um die Entfernungen zu anderen Galaxien zu bestimmen, und Gaia half dabei, die Entfernung von uns – die Grundlage unserer kosmischen Entfernungsleiter – besser als je zuvor zu bestimmen. Es fand einen uns bisher unbekannten Sternenhaufen und löste ein altes Rätsel um einen scheinbaren Doppelstern, das Amateurastronomen seit Jahrzehnten schmerzt.
Das ist nur ein Vorgeschmack, ein Knabberzeug, und amuse bouche . Es gibt noch viel mehr, und Junge, hallo, ich habe einen Stapel Notizen für weitere Artikel. Aber es gab einen besondere Mysterium, auf das ich mich gefreut habe, dass Gaia es lösen würde, eines, das sich seit vielen Jahren zusammenbraut und eigentlich ziemlich wichtig ist. Und die Frage ist ganz einfach:
Wie weit sind die Plejaden entfernt?
Einfach zu fragen, aber schwer – sehr schwer – mit einem gewissen Grad an Genauigkeit zu beantworten. Astronomen haben lange versucht, diese Frage zu beantworten, und die Dinge liefen gut, bis sie plötzlich gar nicht mehr gut liefen. Unterschiedliche Methoden liefern unterschiedliche Antworten, und eine kürzlich durchgeführte Mission, die helfen sollte, machte die Sache noch schlimmer. Ich hatte wirklich gehofft, dass Gaia den Nagel in den Sarg dieses Rätsels schlagen würde, und es könnte tatsächlich so gewesen sein… aber in gewisser Weise, fürchte ich, sind die Dinge seltsamer geworden.
Ein wunderschönes Tiefenbild der Plejaden, einer nahegelegenen Sternhaufen. Kredit: Robert Gendler
OK, zuerst: Die Pleaides*ist eine Ansammlung von ungefähr 1.500 Sternen im Sternbild Stier. Die hellsten von ihnen bilden eine unverwechselbare Löffelform (und werden häufig mit dem Little Dipper verwechselt) und haben ungefähr die gleiche Helligkeit, was sie zu einem schönen und auffälligen Anblick macht. Ferngläser enthüllen Dutzende von Sternen und ein Teleskop Hunderte.
Die gesamte Sternengruppe ist etwa 440 Lichtjahre entfernt und ist damit eine der am nächsten liegenden Sternhaufen für uns, weshalb es an unserem Himmel so offensichtlich ist.
Das ist aus mehreren Gründen cool. Alle Sterne in einem Sternhaufen werden ungefähr zur gleichen Zeit und aus dem gleichen Material geboren, daher sind Unterschiede in ihrem Aussehen (Helligkeit usw.) wahrscheinlich allein auf ihre Masse zurückzuführen. Das macht es viel einfacher zu verstehen, wie sie altern. Da die Plejaden sehr nahe sind, können auch schwächere Mitglieder gut beobachtet werden, was für weiter entfernte Sternhaufen viel schwieriger ist und uns hilft zu verstehen, was auch am leichteren Ende der Massenskala vor sich geht. Sie erhalten einen umfassenderen Überblick über die gesamte Sternhaufen, nicht nur die helleren, leichter zu sehenden Sterne, und diese Einsicht kann zu einem besseren Verständnis aller Sternhaufen führen.
Die Entfernung zum Sternhaufen ist wichtig, denn dann erhält man absolute Zahlen, wie zum Beispiel die Leuchtkraft der Sterne. Aber diese Entfernung zu den Plejaden ist nicht genau bestimmt. Es wurden verschiedene Methoden verwendet, um zu versuchen, die Entfernung zum Haufen zu bestimmen, einige ergaben eine Entfernung von etwa 415 Lichtjahren zum Haufenzentrum, andere 470. Das ist eine breite Spanne. Selbst unter Berücksichtigung der physikalischen Größe des Clusters, die weit über 50 Lichtjahre breit ist, ist das eine große Unsicherheit.
Nacktheit in einem Star ist geboren
Es wurde gehofft, dass dies ein für alle Mal gelöst sein würde, wenn der Hipparcos-Satellit ging Anfang der 90er Jahre ins Geschäft. Aber als die Daten für die Plejaden zurückkamen, fanden sie eine Entfernung von 380 Lichtjahre, viel näher als frühere Ergebnisse. Selbst nach einer großen Neukalibrierung der Hipparcos-Daten blieb die berechnete Entfernung hinter fast jeder anderen Methode zurück. Es liegt mit ziemlicher Sicherheit an einem systematischen Fehler in den Hipparcos-Daten, aber diese Kontroverse geht heute noch weiter .
Geben Sie Gaia ein. Mit seiner beispiellosen Genauigkeit sollte es die Plejaden im wahrsten Sinne des Wortes in die Schranken weisen.
Und das tut es! Aber dann wird es seltsam.
William Abramson , ein Astronom des Centro Atómico Bariloche, CONICET und des Instituto Balseiro in Argentinien, untersuchte die Gaia-Ergebnisse für den Haufen und veröffentlichte kürzlich seine Ergebnisse†. Ich habe ihn wegen seiner Arbeit kontaktiert, und wir diskutieren seit einigen Wochen darüber und versuchen, die Ergebnisse zu interpretieren.
Kurz gesagt, verwendet er die Gaia-Daten, um die Mitglieder des Haufens zu isolieren, indem er verschiedene Methoden verwendet, um Vordergrund- und Hintergrundsterne zu ignorieren (eine Methode, die verwendet wurde in einer früheren Studie mit Gaia-Daten der ersten Generation , aus Konsistenzgründen). Er fand fast 1.600 Sterne. Betrachtet man ihre Entfernungen von der Erde und nimmt den Durchschnitt – der das Zentrum des Haufens ergeben sollte – erhält er eine Entfernung zum Haufenzentrum von 445,5 Lichtjahre . Boom! Dies stimmt mit früheren Messungen mit anderen Methoden überein, die sogar in der Mitte liegen, und scheint klar zu zeigen, dass die Hipparcos-Messung fehlerhaft ist.
Aber…
Schauen Sie, was passiert, wenn Sie einen 3D-Boxplot der Positionen der Sterne erstellen:
Ein 3D-Diagramm der Positionen von 1.600 Plejaden-Sternen; die beschrifteten Achsen oben sind die Position am Himmel und die dritte Achse an der Seite ist die Entfernung von der Erde (in Parsec; 1 pc = 3,26 Lichtjahre). Beachten Sie, dass der Haufen länglich ist und dass sich die hellsten Sterne alle auf der nahen Seite des Haufens befinden. Bildnachweis: Guillermo Abramson
Mehrere Dinge springen heraus. Die Box wird mit einer Seitenlänge von etwa 150 Lichtjahren angezeigt, aber aufgrund der Einschränkung, die Abramson bei seiner Mitgliedersuche auferlegt hat, ist der Cluster viel kleiner als dieser, sodass er nur den mittleren Teil der Figur einnimmt (die Größe der Kugel stellt Helligkeit dar, also größere Kugel = hellerer Stern).
Dennoch kann man sehen, dass der Cluster verlängert zu sein scheint! Das ist auf Anhieb ein interessantes Ergebnis! In früheren Untersuchungen wurde eine längliche Form angedeutet , das ist also ordentlich. Ich gebe auch zu, dass ich sofort den Verdacht hatte, dass die Achse, die Richtung der Dehnung, direkt auf uns zu zeigen schien (in dieser Grafik ist die Richtung zur Erde unten). Ich mag keine Zufälle! Könnte mit den Daten etwas nicht stimmen?
Zufällig wurde ich vor nicht allzu langer Zeit kontaktiert von Chris Anderson , dem Produktionsspezialisten & Observatoriumskoordinator des Faulkner Planetariums in Idaho. Er hatte meine früheren Artikel über Gaia gelesen und bemerkt, dass die neue Veröffentlichung von Daten dazu beitragen könnte, das Distanzproblem der Plejaden zu lösen! Ich sagte ihm, dass ich bereits daran arbeite und die Dehnung des Clusters als potenzielles Problem ansehe.
Dann erzählte er mir etwas, was ich nicht wusste: Viele Cluster sind verlängert , und außerdem sind sie so verlängert, dass sie zum Zentrum der Galaxie zeigen! Das ist kein Zufall: Die Schwerkraft der Galaxie kann den Haufen dehnen und Sterne, die näher am galaktischen Zentrum liegen, stärker anziehen als die Sterne auf der gegenüberliegenden Seite – dies wird als bezeichnet galaktische Flut , und obwohl es schwach ist, kann es über die Größe eines Clusters reichen, um es zu verlängern.
Ich habe sofort die Koordinaten der Plejaden überprüft, und tatsächlich befinden sie sich ziemlich nahe gegenüber dem galaktischen Zentrum von uns. Wenn also die Milchstraße den Sternhaufen dehnt, würdest du erwarten von diese Dehnung, um auf uns zu zeigen. Aus der Sicht der Plejaden befinden wir uns am Himmel direkt neben dem galaktischen Zentrum!
Shel Silverstein, wo der Bürgersteig endet
Das hat mir also ein besseres Gefühl gegeben. Aber dann tauchte noch etwas Seltsames auf. Und es hängt zusammen. Schau dir die Handlung noch einmal an. Die hellsten Sterne sind die größten Kugeln. Siehst du etwas Seltsames an ihnen?
Sie scheinen alle entlang einer Linie auf der nahen Seite des Haufens zu fallen, direkt auf uns gerichtet.
was ist das von uns bewertet
Das ist ziemlich seltsam. Die Tatsache, dass alle Sterne auf einer auf uns gerichteten Linie liegen, könnte mit der galaktischen Flut zusammenhängen, aber ich kann mir kein physikalisches Szenario vorstellen, in dem die hellsten Sterne alle auf einer Seite des Haufens liegen würden und so weit von der Center. Normalerweise fallen die massereichsten Sterne (die hellsten) in Richtung des Haufenzentrums. Jedes Mal, wenn zwei oder mehr Sterne auf ihrer Umlaufbahn um das Zentrum des Haufens aneinander vorbeiziehen, besteht der Nettoeffekt darin, dass sich weniger massereiche Sterne zum Rand des Haufens bewegen und die massereicheren in Richtung Zentrum fallen. Das nennt man dynamische Reibung und ist ein ziemlich gut verstandener Prozess. Das ist also ein Kopfzerbrechen.
Als ich das sah, fragte ich mich, ob es echt war. Vielleicht gibt es etwas in den Daten, das es so aussehen lässt, als wären alle hellen Sterne auf der nahen Seite des Haufens!
Aus früheren Arbeiten weiß ich zufällig, dass Gaia Schwierigkeiten hat, Messungen für sehr helle Sterne zu erhalten; sie fluten die Detektoren mit Licht und erschweren eine genaue Positionsbestimmung. Die hellste Plejade, Alcyone, befindet sich genau an dieser Grenze, daher wird sie wahrscheinlich eine ziemlich große Unsicherheit in ihrer Entfernung haben. Und wenn Sie sich die tatsächliche Messung und den Fehlerbalken ansehen, könnte Alcyone zwischen 364 und 465 Lichtjahren von uns entfernt sein! Es ist wahrscheinlicher auf der nahen Seite des Clusters sein, aber es könnte auch auf der anderen Seite sein.
Die anderen hellen Plejaden – Atlas, Elektra, Maia, Merope, Taygeta, Pleione und Asterope – haben jedoch alle viel geringere Unsicherheiten und sehen so aus, als ob sie tatsächlich darauf liegen Das Seite des Clusters. Das ist also das Gegenteil von dem, was Sie erwarten würden, und ich habe keine einfache Antwort darauf. Abramson und ich haben es ausführlich besprochen, aber wir sind uns nicht sicher, was wir davon halten sollen; er hat sogar in seinem eigenen Blog darüber geschrieben . Vielleicht bringt ein genauerer Blick auf die Daten oder eine eingehendere Analyse der Wechselwirkungen der Sterne untereinander eine Lösung für dieses Rätsel.
Der Plejadenhaufen pflügt zufällig durch eine Wolke aus Gas und Staub und erwärmt sie so weit, dass sie im Infraroten leuchten kann, wo sie vom astronomischen Observatorium WISE gesehen wurde. Kredit: NASA/JPL-Caltech/UCLA
Eine sehr abgefahrene Idee: Vielleicht sind die klügsten Mitglieder... nicht. Mitglieder, das heißt. Zufällig passiert der Haufen eine dunkle Wolke aus Gas und Staub, die von den hellsten Sternen der Plejaden beleuchtet wird; Sie können es in den Bildern des Clusters sehen. Dies ist nur ein Zufall; Messungen der Bewegungen des Haufens und des Gases zeigen, dass sie sich in unterschiedliche Richtungen bewegen, also sind sie nicht miteinander verbunden. Aber man fragt sich, ob vielleicht auch die hellsten Sterne nicht Teil des Haufens sind und sich zufällig am Himmel in seiner Nähe befinden.
Das kommt mir so vor äußerst unwahrscheinlich. Sie haben ungefähr die gleiche Eigenbewegung (Bewegung über den Himmel) wie der Cluster selbst, was darauf hindeutet, dass sie mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Teil davon sind. Einige der hellsten Sterne haben Bewegungen, die etwas von der Gesamtbewegung des Haufens abweichen (genau wie in einem Vogelschwarm sich ein oder zwei Vögel möglicherweise etwas schneller oder langsamer oder in eine etwas andere Richtung bewegen als die anderen), aber nicht genug für mich, um 'j'accuse!' Das erwarten Sie in einem Sternhaufen, in dem sie gravitativ wechselwirken. Einige werden gezogen und in verschiedene Richtungen gezogen. Was wir dort sehen, könnte nur diese normale Geschwindigkeitsverteilung sein.
Da hast du es also. Es sieht so aus, als ob wir jetzt die Entfernung zum Zentrum der Plejaden kennen und daher andere Eigenschaften davon viel besser bestimmen können ... aber einige ziemlich interessante Geheimnisse bleiben. Hoffentlich werden diese und weitere Studien zu einem tieferen physikalischen Einblick in die Natur des Haufens führen und auch erklären, warum die hellsten Sterne für uns auszurichten scheinen. Ich würde sehr gerne wissen, warum das so ist!
* Technisch gesehen ist dieses Wort Plural, und der Singular ist Plejade, aber es wird auch als Gruppen- oder Kollektivnomen verwendet, also ist es Singular. Wie weit sind die Plejaden vielleicht entfernt? ist nicht so einfach zu fragen, wie ich zuerst dachte. Zumindest grammatikalisch.
† Er veröffentlichte sie in der Forschungsnotizen der American Astronomical Society , wo Astronomen kurze (unter 1.000 Wörter) Artikel über interessante Forschungsergebnisse schnell veröffentlichen können. Ich stelle fest, dass es nicht von Experten begutachtet wird. Betrachten Sie dies eher als eine Ankündigung der Forschung als als ein vollständiges, vollständiges Papier.
