Hubble sieht den Stern, der das Universum verändert hat

Hubble sieht den Stern, der das Universum verändert hat

Video: Hubble: Blick in die Unendlichkeit (in HD) (Kann 2020).

Anonim

vom Goddard Space Flight Center der NASA

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- Obwohl das Universum mit Milliarden von Sternen gefüllt ist, veränderte die Entdeckung eines einzigen variablen Sterns im Jahr 1923 den Verlauf der modernen Astronomie. Und zumindest ein berühmter Astronom der damaligen Zeit beklagte, dass die Entdeckung sein Weltbild zerstört hatte.

Der Stern trägt den ungünstigen Namen Hubble-Variable Nummer eins oder V1 und befindet sich in den Außenregionen der benachbarten Andromeda-Galaxie oder M31. Doch in den frühen 1900er Jahren betrachteten die meisten Astronomen die Milchstraße als ein einziges "Inseluniversum" von Sternen, dessen Grenzen nicht überschritten wurden. Andromeda wurde als eines von vielen schwachen, verschwommenen Flecken von Lichtastronomen katalogisiert, die als "Spiralnebel" bezeichnet wurden.

Waren diese Spiralnebel Teil der Milchstraße oder lagen sie unabhängig voneinander außerhalb unserer Galaxie? Die Astronomen wussten es nicht genau, bis Edwin Hubble in Andromeda einen Stern fand, der sich in einem vorhersehbaren Muster aufhellte und verblasste, wie ein Leuchtturm-Leuchtfeuer, und ihn als V1 identifizierte, eine Cepheid-Variable. Diese spezielle Art von Stern hat sich bereits als zuverlässiger Entfernungsmesser in unserer Galaxie erwiesen.

Der Stern half Hubble zu zeigen, dass Andromeda sich außerhalb unserer Galaxie befand, und schloss die Debatte über den Status der Spiralnebel ab. Nach Hubbles Entdeckung wurde das Universum zu einem viel größeren Ort, sehr zum Entsetzen des Astronomen Harlow Shapley, der glaubte, die verschwommenen Nebel seien Teil unserer Milchstraße.

Fast 90 Jahre später steht V1 wieder im Rampenlicht. Die Astronomen wiesen Edwin Hubbles Namensvetter, das Hubble-Weltraumteleskop der NASA, erneut auf den Stern, als symbolische Hommage an die Meilensteinbeobachtung des legendären Astronomen.

Astronomen des Hubble Heritage-Projekts des Space Telescope Science Institute haben sich mit der American Association of Variable Star Observers (AAVSO) zusammengetan, um den Stern zu untersuchen. AAVSO-Beobachter verfolgten V1 sechs Monate lang und erstellten eine Kurve des rhythmischen Auf- und Abstiegs des Lichts des Sterns. Basierend auf dieser Lichtkurve plante das Hubble Heritage-Team die Teleskopzeit, um Bilder des Sterns aufzunehmen.

"V1 ist der wichtigste Stern in der Geschichte der Kosmologie", sagte der Astronom Dave Soderblom vom Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Md., Der die V1-Beobachtungen vorschlug.

"Es ist eine bahnbrechende Entdeckung, die bewiesen hat, dass das Universum größer und voller Galaxien ist. Ich dachte, es wäre schön, wenn das Hubble-Teleskop auf diesen besonderen Stern blickt, den der Mann Hubble entdeckt hat."

Laut Hubble Heritage-Teammitglied Max Mutchler vom STScI ist diese Beobachtung jedoch mehr als nur eine feierliche Anspielung auf einen berühmten Astronomen.

"Diese Beobachtung ist eine Erinnerung daran, dass Cepheiden auch heute noch relevant sind", erklärt er. "Mit ihnen messen Astronomen Entfernungen zu Galaxien, die viel weiter entfernt sind als Andromeda. Sie sind die erste Stufe auf der kosmischen Entfernungsleiter."

Die Hubble- und AAVSO-Beobachtungen von V1 werden auf einer Pressekonferenz am 23. Mai beim Treffen der American Astronomical Society in Boston, Massachusetts, vorgestellt.

Zehn Amateurastronomen aus der ganzen Welt und AAVSO-Direktor Arne Henden haben zwischen Juli 2010 und Dezember 2010 214 Beobachtungen von V1 gemacht. Sie erhielten vier Pulsationszyklen, die jeweils länger als 31 Tage dauern. Die AAVSO-Studie ermöglichte es dem Hubble Heritage-Team, Hubble-Beobachtungen durchzuführen, die den Stern in seiner hellsten und dunkelsten Phase einfangen würden.

Die Beobachtungen waren jedoch immer noch schwierig. "Die Helligkeit des Sterns nimmt allmählich ab, gefolgt von einem starken Anstieg. Wenn Sie also ein oder zwei Tage Abstand haben, könnten Sie ihn verpassen", erklärt Mutchler.

Mit der Weitfeldkamera 3 machte das Team im Dezember 2010 und Januar 2011 vier Beobachtungen.

"Das Hubble-Teleskop sieht viel mehr und viel schwächere Sterne auf dem Feld als Edwin Hubble, und viele von ihnen sind eine Art variabler Sterne", sagt Mutchler. "Ihr Blinken lässt die Galaxie lebendig erscheinen. Die Sterne sehen aus wie Sandkörner, und viele von ihnen wurden noch nie zuvor gesehen."

Für Soderblom gipfelten die Beobachtungen von Hubble in mehr als 25 Jahren Werbung für den Stern. Kurz nachdem Soderblom 1984 am Institut ankam, hielt er es für angebracht, ein Andenken an Edwin Hubble an Bord des Space Shuttles Discovery zu bringen, mit dem das Hubble-Weltraumteleskop in den Weltraum befördert werden sollte.

"Zuerst dachte ich, dass das offensichtliche Artefakt seine Pfeife sein würde, aber [Kosmologe] Allan Sandage [Edwin Hubbles Schützling] schlug eine andere Idee vor: die fotografische Glasplatte von V1, die Hubble 1923 herstellte", erinnert sich Soderblom.

Er fertigte 15 Filmkopien der originalen Glasplatte mit den Maßen 4 x 5 Zoll an. Zehn von ihnen flogen 1990 auf der Hubble-Einsatzmission mit dem Space Shuttle Discovery. Passenderweise waren 2009 zwei der verbleibenden fünf Filmkopien Teil der Fracht des Space Shuttles Atlantis für die fünfte NASA-Wartungsmission nach Hubble. Eine dieser Kopien wurde von Astronauten und Astronomen John Grunsfeld, dem heutigen stellvertretenden Direktor des STScI, an Bord gebracht.

Telltale Star erweitert das bekannte Universum

Vor der Entdeckung von V1 dachten viele Astronomen, Spiralnebel wie Andromeda seien Teil unserer Milchstraßengalaxie. Andere waren sich nicht so sicher. Tatsächlich führten die Astronomen Shapley und Heber Curtis 1920 eine öffentliche Debatte über die Natur dieser Nebel. Während der Debatte setzte sich Shapley für seine Messung von 300.000 Lichtjahren für die Größe der Milchstraße ein. Obwohl Shapley seine Größe überschätzte, behauptete er zu Recht, dass die Milchstraße viel größer sei als die allgemein akzeptierten Dimensionen. Er argumentierte auch, dass Spiralnebel viel kleiner als die riesige Milchstraße seien und daher Teil unserer Galaxie sein müssten. Aber Curtis war anderer Meinung. Er dachte, die Milchstraße sei kleiner als von Shapley behauptet und lasse Platz für andere Inseluniversen jenseits unserer Galaxie.

Um die Debatte beizulegen, mussten Astronomen zuverlässige Abstände zu den Spiralnebeln herstellen. Also suchten sie nach Sternen in den Nebeln, deren innere Helligkeit sie zu verstehen glaubten. Wenn die Astronomen die wahre Helligkeit eines Sterns kannten, konnten sie berechnen, wie weit er von der Erde entfernt war. Aber einige der Sterne, die sie ausgewählt hatten, waren keine zuverlässigen Meilensteinmarker.

Andromeda, der größte der Spiralnebel, gab zum Beispiel zweideutige Hinweise auf seine Entfernung. Astronomen hatten verschiedene Arten von explodierenden Sternen im Nebel beobachtet. Aber sie verstanden die zugrunde liegenden Sternprozesse nicht vollständig und hatten daher Schwierigkeiten, mit diesen Sternen zu berechnen, wie weit sie von der Erde entfernt waren. Die Entfernungsschätzungen für Andromeda variierten daher von nah bis fern. Welcher Abstand stimmte? Edwin Hubble war entschlossen, es herauszufinden.

Der Astronom verbrachte 1923 mehrere Monate damit, Andromeda mit dem 100-Zoll-Hooker-Teleskop, dem leistungsstärksten Teleskop dieser Zeit, am Mount Wilson Observatory in Kalifornien zu scannen. Trotz des scharfäugigen Teleskops war Andromeda ein monströses Ziel, das in der Brennebene des Teleskops etwa zwei Meter lang war. Er machte deshalb viele Belichtungen, die Dutzende von fotografischen Glasplatten abdeckten, um den gesamten Nebel einzufangen.

Er konzentrierte sich auf drei Regionen. Einer von ihnen befand sich tief in einem Spiralarm. In der Nacht vom 5. Oktober 1923 begann Hubble einen Beobachtungslauf, der bis in die frühen Morgenstunden des 6. Oktobers dauerte. Unter schlechten Sichtbedingungen machte der Astronom eine 45-minütige Belichtung, die drei vermutete Novae ergab, eine Klasse explodierender Sterne . Er schrieb den Buchstaben "N" für nova neben jedes der drei Objekte.

Später machte Hubble jedoch eine verblüffende Entdeckung, als er die Platte vom 5. bis 6. Oktober mit früheren Aufnahmen der Novae verglich. Eine der sogenannten Novae hat sich über einen viel kürzeren Zeitraum verdunkelt und aufgehellt als bei einer typischen Nova.

Hubble erhielt genügend Beobachtungen von V1, um seine Lichtkurve aufzuzeichnen und einen Zeitraum von 31, 4 Tagen zu bestimmen, was darauf hinweist, dass das Objekt eine Cepheid-Variable war. Die Periode ergab die intrinsische Helligkeit des Sterns, die Hubble dann zur Berechnung seiner Entfernung verwendete. Es stellte sich heraus, dass der Stern 1 Million Lichtjahre von der Erde entfernt war, mehr als das Dreifache von Shapleys berechnetem Durchmesser der Milchstraße.

Hubble holte seinen Markierungsstift hervor, kreuze das "N" neben der neu gefundenen Cepheid-Variablen an und schrieb "VAR" für Variable, gefolgt von einem Ausrufezeichen.

Einige Monate lang starrte der Astronom Andromeda an und fand eine weitere Cepheid-Variable und mehrere weitere Novae. Dann schickte Hubble Shapley einen Brief mit einer leichten Kurve von V1, in dem er von seiner Entdeckung berichtete. Nachdem er den Brief gelesen hatte, war Shapley überzeugt, dass die Beweise echt waren. Berichten zufolge sagte er zu einem Kollegen: "Hier ist der Brief, der mein Universum zerstört hat."

Bis Ende 1924 hatte Hubble in Andromeda 36 variable Sterne gefunden, von denen 12 Cepheiden waren. Mit allen Cepheiden erreichte er eine Entfernung von 900.000 Lichtjahren. Durch verbesserte Messungen befindet sich Andromeda nun in einer Entfernung von 2 Millionen Lichtjahren.

"Hubble hat jeden Zweifel daran beseitigt, dass Andromeda extragalaktisch war", sagt Owen Gingerich, emeritierter Professor für Astronomie und Wissenschaftsgeschichte am Harvard-Smithsonian Center für Astrophysik in Cambridge, Massachusetts. Daher mussten sie grob einschätzen, wo sie sich befanden und wie hoch ihre absolute Leuchtkraft war. Aber das ist auf sehr verräterischem Grund. Wenn Sie eine Cepheid erhalten, die vernünftigerweise berechnet wurde, sagt Ihnen die Periode, wo sie sich auf der Leuchtkraft befindet Kurve, und daraus können Sie eine Entfernung berechnen. "

Shapley und der Astronom Henry Norris Russell forderten Hubble auf, Ende Dezember 1924 eine Arbeit für ein gemeinsames Treffen der American Astronomical Society und der American Association for the Advancement of Science zu verfassen. Die Arbeit von Hubble mit dem Titel "Extragalactic Nature of Spiral Nebulae" wurde vorgelegt in Abwesenheit und teilte den Preis für die beste Arbeit. Ein kurzer Artikel über die Auszeichnung erschien am 10. Februar 1925 in der New York Times. Gingerich sagt, Hubbles Entdeckung sei bei dem Treffen keine große Neuigkeit gewesen, da der Astronom die führenden Astronomen vor Monaten über sein Ergebnis informiert habe.

Edwin Hubbles Beobachtungen von V1 wurden zum entscheidenden ersten Schritt, um ein größeres, größeres Universum aufzudecken. Er fuhr fort, viele Galaxien jenseits der Milchstraße zu finden. Diese Galaxien wiederum ließen ihn feststellen, dass sich das Universum ausdehnt.

Hätte Hubble sich jemals vorstellen können, dass Amateurastronomen fast 100 Jahre später dank des technischen Fortschritts ähnliche Beobachtungen von V1 mit kleinen Teleskopen in ihren Hinterhöfen durchführen könnten? Oder könnte Hubble jemals davon geträumt haben, dass ein Weltraumteleskop, das seinen Namen trägt, seine Suche nach einer präzisen Messung der Expansionsrate des Universums fortsetzen würde?