M31 und M33 sind zwei der nächsten Spiralgalaxien und können die Grundlage für die Bestimmung der Abstände zu weiter entfernten Spiralgalaxien und die Einschränkung der Expansionsrate des Universums (Hubble-Konstante) bilden. Daher die Relevanz und Bedeutung mehrerer neuer Studien, die Nahinfrarotdaten verwendeten, um feste Abstände für M31 (Andromeda) und M33 (Triangulum) zu ermitteln (z. B. Gieren et al. 2013), und die darauf abzielten, bestehende Unsicherheiten zu verringern, die mit den grundlegenden Parametern verbunden sind für diese Galaxien. In der Tat sind zuverlässige Entfernungen für M31 und M33 besonders wichtig angesichts der neuen Hubble-Konstantenschätzung des Planck-Satelliten, die relativ zu bestimmten anderen Ergebnissen versetzt ist, und dieser Unterschied behindert die Bemühungen, die Natur der Dunklen Energie zu bestimmen (die theoretisierte mysteriöse Kraft) als Ursache der beschleunigten Expansion des Universums).
Gieren et al. bemerkte, dass „Eine Reihe neuer Entfernungsbestimmungen zu M33… erstrecken sich über ein überraschend großes Intervall… was Anlass zu ernsthafter Besorgnis gibt. Als zweitnächste Spiralgalaxie ist eine genaue Bestimmung der Entfernung von [M33] ein entscheidender Schritt beim Aufbau der kosmischen Entfernungsleiter. “ In Bezug auf M31 haben Riess et al. 2012 bemerkte ebenfalls, dass „M31, das nächste Analogon der Milchstraßengalaxie, liefert seit langem wichtige Hinweise zum Verständnis der Größe des Universums.“
Das neue Patent von Gieren und Riess et al. Entfernungen basieren auf Beobachtungen im nahen Infrarot, die relevant sind, da die Strahlung aus diesem Teil des elektromagnetischen Spektrums weniger empfindlich als die optischen Daten für die Absorption durch Staub ist, der sich entlang unserer Sichtlinie befindet (siehe Abbildung unten). Die korrekte Berücksichtigung der Auswirkungen von Staub ist ein Hauptproblem bei der Arbeit mit kosmischen Entfernungsskalen, da dadurch Ziele dunkler erscheinen. „Unterschiedliche Annahmen über [Staubverdeckung] sind eine Hauptquelle für die Diskrepanzen zwischen den verschiedenen Entfernungsbestimmungen für M33.”Bemerkte Gieren et al., Und das gleiche gilt für die Entfernung zu M31 (siehe Riess et al.).
Das Patent von Gieren und Riess et al. Entfernungen zu M33 bzw. M31 wurden aus Beobachtungen von Cepheiden abgeleitet. Cepheiden sind eine Klasse variabler Sterne, die periodische Helligkeitsschwankungen aufweisen (sie pulsieren radial). Cepheiden können als Entfernungsindikatoren verwendet werden, da ihre Pulsationsperiode und ihre mittlere Leuchtkraft korrelieren. Diese Beziehung wurde von Henrietta Leavitt in den frühen 1900er Jahren entdeckt. Eine für M31-Cepheiden abgeleitete Pseudo-Perioden-Leuchtkraft-Beziehung ist unten dargestellt.
Gieren et al. beobachtete 26 Cepheiden in M33 und stellte eine Entfernung von ~ 2.740.000 Lichtjahren fest. Das Team fügte hinzu: „Als erste moderne Cepheid-Studie im nahen Infrarot [von] M33 seit… etwa 30 Jahren… betrachten wir diese Arbeit als längst überfällig…„Astronomen geben häufig Entfernungen zu Objekten in Lichtjahren an, die die Zeit definieren, die erforderlich ist, damit das von der Quelle emittierte Licht den Betrachter erreicht. Obwohl die (endliche) Lichtgeschwindigkeit 300.000.000 m / s beträgt, müssen die Strahlen „astronomische“ Entfernungen zurücklegen. Der Blick in den Weltraum bietet die einmalige Gelegenheit, in die Vergangenheit zu blicken.
Die unten gezeigten Abstände zu M33 vermitteln wichtige Punkte in der Entwicklung des Wissens der Menschheit. Die Streuung in der Nähe der 1920er Jahre ist teilweise auf eine Debatte darüber zurückzuführen, ob die Milchstraße und das Universum synonym sind. Mit anderen Worten, existieren Galaxien jenseits der Milchstraße? Das Thema wird in der berühmten großen Debatte (1920) mit H. Shapley und H. Curtis (letzterer sprach sich für eine extragalaktische Skala aus) verewigt. Der Versatz zwischen den Daten vor 1930 und nach 1980 resultiert teilweise aus einer fast zweifachen Zunahme der um 1950 erkannten kosmischen Entfernungsskala (siehe auch Fest 2000). Ebenfalls offensichtlich ist die Streuung, die mit den Entfernungen nach 1980 verbunden ist, was lediglich die Bedeutung der neuen hochpräzisen Entfernungsschätzungen verstärkt.
Riess et al. erhielt Daten für etwa 70 Cepheiden und bestimmte einen Abstand für M31 von ~ 2.450.000 Lichtjahren. Letzteres wird durch eine neue Studie von Contreras Ramos et al. 2013 (d ~ 2.540.000 ly), dessen Entfernungsschätzung auf Daten für Sterne in einem M31-Kugelsternhaufen beruhte.
Hochwertige Instrumente und Teleskope werden benötigt, um zuverlässige Messungen von Sternen in Galaxien zu erhalten, die fast 3.000.000.000 Lichtjahre entfernt sind. Gieren et al. verwendeten das unten gezeigte 8,2-m-Instrument für sehr große Teleskope (Yepun), während Riess und Contreras Ramos et al. analysierte Beobachtungen vom Hubble-Weltraumteleskop. Riess et al. Bilder von M31 über die neue Weitfeldkamera 3 aufgenommen, die die Weitfeld- und Planetenkamera 2 ersetzte (“Die Kamera, die Hubble gerettet hat“) Während der berühmten Wartungsmission 2009.
Die neuen Ergebnisse markieren den Höhepunkt der jahrhundertelangen Bemühungen, präzise Entfernungen für die lokalen Spiralverwandten unserer Galaxie (M31 und M33) sicherzustellen. Der Versatz zwischen dem Planck und bestimmten Cepheid / SN-basierten Bestimmungen der Hubble-Konstante erfordert jedoch, dass die Forschung fortgesetzt wird, um die mit den Methoden verbundenen Unsicherheiten zu identifizieren.
Das Patent von Gieren et al. Die Ergebnisse wurden zur Veröffentlichung im Astrophysical Journal (ApJ) angenommen, und ein Preprint ist auf arXiv verfügbar. Sowohl Riess als auch Contreras Ramos et al. Studien werden ebenfalls in ApJ veröffentlicht. Der interessierte Leser, der zusätzliche Informationen über die kosmische Entfernungsskala und Cepheiden wünscht, findet die folgenden relevanten Ressourcen: den Artikel der AAVSO über Delta Cephei (der Namensgeber für die Klasse der Cepheid-Variablen), Freedman & Madore (2010), Tammann & Reindl 2012, Fernie 1969, Extragalaktische Datenbank der NASA / IPAC, G. Johnsons Miss Leavitts Stars: Die unerzählte Geschichte der Frau, die entdeckte, wie man das Universum misst, D. Fernies Setting Sail for the Universe: Astronomen und ihre Entdeckungen, Nick Allens The Cepheid Distance Scale : Eine Geschichte, D. Turners klassische Cepheiden Nach 228 Jahren Studium, J. Percys Verständnis variabler Sterne.
