ケフェイド変光星とは?

宇宙は、本当に、本当に広い場所なのです。 私たちが話しているのは…知覚できないほど大きいということです! 実際、何十年にもわたる観測から、天文学者は現在、観測可能な宇宙の長さは約460億光年だと考えています。

この中で一番難しいのは、距離を正確に測定することです。 しかし、近代天文学が誕生して以来、ますます正確な方法が進化してきました。 赤方偏移や遠くの星や銀河から届く光を調べる以外にも、天文学者はケフェウス座変光星 (CV) として知られる星の種類に頼って、我々の銀河系内外の天体の距離を決定しています。 ケフェウス座変光星は特殊な変光星で、太陽の5~20倍の質量を持ち、半径方向に脈動し、直径と温度が変化する傾向があることで知られています。

名前の由来は、ケフェウス座にある変光星で、最初に同定されたデルタ・ケフェイ(Delta Cephei)にあります。

天文学での利用:

変動周期と光度の関係から、CV星は宇宙における天体の距離を決定するのに非常に有用である。

この式は、m – M = 5 log d – 5 – ここで、mは天体の見かけの等級、Mは天体の絶対等級、dは天体までの距離(パーセク)であることを示します。 ケフェイド変光星の観測距離は約2000万光年で、地球のパララックス観測では最大65光年、ESAのヒッパルコス観測では326光年強です。

Calibrated Period-Luminosity Relationship for Cepheids. Credit: NASA

ケフェウス座は明るく、100万光年の彼方まではっきりと見えるので、近くにある他の明るい星と容易に見分けがつきます。

クラス:

ケフェイド変光星は、質量、年齢、進化史の違いから、古典的ケフェイドとII型ケフェイドに分類される。 古典ケフェイドは、太陽の4〜20倍の質量を持ち、最大で10万倍の明るさを持つ人口I型(金属に富む)の変光星です。

これらのケフェイドは、典型的な黄色の明るい巨星や超巨星(スペクトルクラスF6-K2)で、脈動の周期中に半径が数百万キロメートル単位で変化する。

タイプIIケフェイドは、典型的な1日から50日の周期で脈動する人口II(金属に乏しい)変光星です。 また、周期によってBL Her、W Virginis、RV Tauriに分類され、それぞれ1-4日、10-20日、20日以上の周期を持つことが分かっています。 II型ケフェイドは、銀河系中心や球状星団、近隣の銀河までの距離の測定に使われます

また、どちらにも属さないものを異常ケフェイドと呼びます。 これらの変光星は、周期が2日以下(こと座RR星と同様)ですが、光度が高いのが特徴です。

また、ごく一部のケフェウス座には、同時に2つのモードで脈動するものが観測されており、ダブルモード・ケフェウスと呼ばれています。

観測の歴史:

最初に発見されたケフェウス座の変数は、1784年9月10日にイギリスの天文学者エドワード・ピゴットが観測した「わし座エータ星」である。

天の川銀河系で最も明るいケフェウス座の変光星、RSプピスのハッブル画像です。

1908年、アメリカの天文学者ヘンリエッタ・スワン・リービットは、マゼラン雲の中の変光星の調査中に、古典ケフェイド星の周期と光度の関係を発見しました。 その後、何人かの天文学者がケフェウス座の研究を行うことになります。 1925年には、エドウィン・ハッブルが天の川銀河とアンドロメダ銀河の距離を、アンドロメダ銀河のケフェウス座の変光星から割り出すことに成功しました。 この発見は、天の川銀河が唯一無二の銀河なのか、それとも宇宙に数多く存在する銀河のひとつなのか、天文学者が争っていた「大論争」に決着をつけたという意味で、極めて重要なものでした

天の川と他のいくつかの銀河の距離を測定し、ベスト・スライファーによる赤方偏移の測定値と組み合わせることによって、ハッブルとミルトンL. 20世紀には、ケフェウス座を異なる階級に分けるなどして、天文学的距離の決定における問題を解決した。

Limitations:

天文距離を決定する上で重要であるにもかかわらず、この方法にはいくつかの限界がある。 中でもII型ケフェイドでは、周期と光度の関係が、その低い金属量、測光による汚染、ガスや塵が発する光に与える変化や未知の影響(恒星消光)によって影響を受けるという事実がある。

しかし、観測機器や観測方法の改善により、ケフェウス座変光星の観測精度は向上しています。

ユニバース・トゥデイでは、ケフェイド変光星に関する興味深い記事をたくさん書いています。

Astronomy Castに、人口I星と人口II星の違いを説明する興味深いエピソードがあります – 第75話です。 恒星集団(Stellar Populations)

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