Beobachtete Felder in NGC 300. Bildnachweis: ESO Zum Vergrößern anklicken
Pulsierende Cepheid-Sterne werden seit der frühen Entdeckung von Henrietta Leavitt vor fast hundert Jahren als Entfernungsindikatoren verwendet. Aus ihren fotografischen Daten zu einer der Nachbargalaxien der Milchstraße, der kleinen Magellanschen Wolke, ging hervor, dass die Helligkeit dieser Sterne eng mit ihren Pulsationsperioden korreliert.
Diese Perioden-Leuchtkraft-Beziehung ermöglicht nach der Kalibrierung eine genaue Entfernungsbestimmung einer Galaxie, sobald Cepheiden darin entdeckt und ihre Perioden und mittleren Größen gemessen wurden.
Während die Cepheid-Methode im Universum nicht weit genug reicht, um kosmologische Parameter wie die Hubble-Konstante direkt zu bestimmen, haben Cepheid-Entfernungen zu relativ nahe gelegenen aufgelösten Galaxien in der Vergangenheit den Grundstein für solche Arbeiten gelegt, wie im Hubble-Weltraumteleskop-Schlüsselprojekt auf der extragalaktischen Distanzskala. Cepheiden sind in der Tat einer der ersten Schritte auf der kosmischen Distanzleiter.
Das derzeitige Hauptproblem bei der Cepheid-Methode besteht darin, dass ihre Abhängigkeit von der Metallizität einer Galaxie, dh ihr Gehalt an Elementen, die schwerer als Wasserstoff und Helium sind, bisher noch nie genau gemessen wurde. Eine weitere interessante Schwierigkeit bei dieser Methode ist die Tatsache, dass die vollständige Absorption des Lichts der Cepheid auf ihrem Weg zur Erde und insbesondere die Absorptionsmenge innerhalb der Wirtsgalaxie der Cepheid genau festgelegt werden muss, um signifikante Fehler bei der Entfernungsbestimmung zu vermeiden.
Um dieses Problem anzugehen, haben Wolfgang Gieren (Universität Concepcion, Chile) und sein Team an der ESO ein großes Programm entwickelt: das Araucaria-Projekt. Ziel ist es, Entfernungen zu relativ nahe gelegenen Galaxien mit einer Genauigkeit von besser als 5 Prozent zu erhalten.
Eine der Schlüsselgalaxien des Araucaria-Projekts des Teams ist die wunderschöne, nahezu frontale Galaxie NGC 300 in der Sculptor Group. In einer Weitfeld-Bildgebungsuntersuchung, die 1999-2000 am 2,2-m-Teleskop ESO / MPG auf La Silla durchgeführt wurde, hatte das Team mehr als hundert Cepheid-Variablen entdeckt, die sich über einen weiten Bereich der Pulsationsperiode erstrecken. Bilder der Galaxie und einiger ihrer Cepheiden aus diesen Daten wurden 2002 in ESO Press Photos 18a-h veröffentlicht. Im vergangenen Jahr präsentierte das Team die Entfernung von NGC 300, die aus diesen optischen Bildern in V- und I-Bändern abgeleitet wurde.
Das Team ergänzte diesen einzigartigen Datensatz mit neuen Daten, die mit der ISAAC-Nahinfrarotkamera und dem Spektrometer des 8,2-m-VLT-Antu-Teleskops von ESO aufgenommen wurden.
„Die Cepheid-Distanzarbeit bietet drei wesentliche Vorteile, wenn Bilder, die über Nahinfrarot-Passbänder aufgenommen wurden, anstelle von optischen Daten verwendet werden“, sagt Wolfgang Gieren. Der wichtigste Gewinn ist die Tatsache, dass die Absorption von Sternenlicht im nahen Infrarot und insbesondere im K-Band im Vergleich zu dem Effekt, den interstellare Materie bei sichtbaren Wellenlängen hat, dramatisch verringert ist. Ein zweiter Vorteil besteht darin, dass Cepheid-Lichtkurven im Infrarotbereich kleinere Amplituden aufweisen und viel symmetrischer sind als ihre optischen Gegenstücke, so dass die mittlere K-Band-Helligkeit eines Cepheid nur aus wenigen und im Prinzip aus nur einer Beobachtung bei gemessen werden kann bekannte Pulsationsphase. Im Gegensatz dazu erfordert optische Arbeit die Beobachtung vollständiger Lichtkurven, um genaue mittlere Größen zu bestimmen. Der dritte grundlegende Vorteil im Infrarot ist eine verringerte Empfindlichkeit des Perioden-Leuchtkraft-Verhältnisses zur Metallizität und zur Vermischung mit anderen Sternen in den überfüllten Feldern einer entfernten Galaxie.
Vor diesem Hintergrund bestand eines der Hauptziele des großen Programms des Teams darin, Cepheiden in den Zielgalaxien ihres Projekts im nahen Infrarot zu beobachten, die zuvor in optischen Weitfelduntersuchungen entdeckt wurden.
Mit VLT / ISAAC wurden 2003 tiefe Bilder in den J- und K-Banden von drei Feldern in NGC 300 mit 16 Cepheiden aufgenommen.
„Die hohe Qualität der Daten ermöglichte eine sehr genaue Messung der mittleren J- und K-Größen der Cepheiden aus nur zwei Beobachtungen jedes Sterns zu unterschiedlichen Zeiten“, sagt Grzegorz Pietrzynski, ein weiteres Mitglied des Teams, ebenfalls von Concepcion .
Unter Verwendung dieser bemerkenswerten Daten wurden die Perioden-Leuchtkraft-Beziehungen konstruiert. „Sie sind die genauesten Infrarot-PL-Beziehungen, die jemals für eine Cepheid-Probe in einer Galaxie jenseits der Magellanschen Wolken erhalten wurden“, betont Wolfgang Gieren.
Die Gesamtabsorption von Licht ("Rötung") der Cepheiden in NGC 300 wurde durch Kombinieren der Werte für den Abstand der Galaxie erhalten, die in den verschiedenen optischen und nahen Infrarotbändern erhalten wurden, in denen NGC 300 beobachtet wurde. Dies führte zu der Entdeckung, dass es einen sehr signifikanten Beitrag zur vollständigen Rötung der Absorption von NGC 300 gibt. Diese intrinsische Absorption hat einen wichtigen Einfluss auf die Bestimmung des Abstands, wurde jedoch zuvor nicht berücksichtigt.
Das Team konnte die Entfernung zu NGC 300 mit der beispiellosen Gesamtunsicherheit von nur etwa 3 Prozent messen. Die Astronomen fanden heraus, dass NGC 300 6,13 Millionen Lichtjahre entfernt liegt.
Originalquelle: ESO-Pressemitteilung
