En utilisant un type rare d'étoiles variables géantes de Céphéide comme marqueurs cosmiques, les astronomes ont trouvé un moyen de mesurer les distances aux objets trois fois plus loin dans l'espace que ce qui était possible auparavant. Mais les astronomes ont trouvé un moyen d'utiliser des variables de céphéide de «période ultra longue» (ULP) comme balises pour mesurer des distances allant jusqu'à 300 millions d'années-lumière et au-delà.
Les céphéides classiques sont brillantes, mais au-delà de 100 millions d'années-lumière de la Terre, leur signal se perd parmi les autres étoiles brillantes, a déclaré Jonathan Bird, doctorant en astronomie à Ohio State, qui a discuté de ses conclusions lors de la conférence de l'American Astronomical Society lundi.
Mais les ULP sont une classe rare et extra-brillante de céphéides, qui pulsent très lentement.
Les astronomes pensent également depuis longtemps que les céphéides ULP n'évoluent pas de la même manière que les autres céphéides. Dans cette étude, cependant, les astronomes ont trouvé la première preuve d'un céphéide ULP évoluant de la même manière qu'un céphéide classique.
Il existe plusieurs méthodes pour calculer la distance aux étoiles, et les astronomes doivent souvent combiner des méthodes pour mesurer indirectement une distance. L'analogie habituelle est une échelle, avec chaque nouvelle méthode un échelon supérieur au-dessus d'un autre. À chaque nouvel échelon de l'échelle de distance cosmique, les erreurs s'additionnent, ce qui réduit la précision de la mesure globale. Donc, toute méthode unique qui peut sauter les échelons de l'échelle est un outil précieux pour sonder l'univers.
Krzysztof Stanek, professeur d'astronomie à l'Ohio State, a appliqué une technique de mesure directe en 2006, lorsqu'il a utilisé la lumière émise par un système d'étoiles binaires dans la galaxie M33 pour mesurer la distance à cette galaxie pour la première fois. M33 est à 3 millions d'années-lumière de la Terre.
Cette nouvelle technique utilisant les céphéides ULP est différente. C'est une méthode indirecte, mais cette première étude suggère que la méthode fonctionnerait pour des galaxies qui sont beaucoup plus éloignées que M33.
«Nous avons découvert que les céphéides à période ultra longue étaient un indicateur de distance potentiellement puissant. Nous pensons qu'ils pourraient fournir les premières mesures directes de distance stellaire aux galaxies dans la gamme de 50 à 100 mégaparsèques (150 millions - 326 millions d'années-lumière) et bien au-delà », a déclaré Stanek.
Parce que les chercheurs ne prennent généralement pas note des céphéides à période ultra longue, il y en a peu dans les archives astronomiques. Pour cette étude, Stanek, Bird et l'Ohio State doctor doctor Jose Prieto ont découvert 18 céphéides ULP de la littérature.
Chacun était situé dans une galaxie voisine, comme le petit nuage magellanique. Les distances à ces galaxies proches sont bien connues, donc les astronomes ont utilisé ces connaissances pour calibrer la distance aux céphéides ULP.
Ils ont découvert qu'ils pouvaient utiliser les céphéides ULP pour déterminer la distance avec une erreur de 10 à 20% - un taux typique d'autres méthodes qui composent l'échelle de distance cosmique.
«Nous espérons réduire cette erreur alors que de plus en plus de personnes prennent note des céphéides ULP dans leurs enquêtes stellaires», a déclaré Bird. "Ce que nous avons montré jusqu'à présent, c'est que la méthode fonctionne en principe, et les résultats sont encourageants."
Bird a expliqué pourquoi les astronomes ont ignoré les céphéides ULP dans le passé.
Les céphéides de courte période, celles qui s'éclaircissent et s'assombrissent tous les quelques jours, font de bons marqueurs de distance dans l'espace parce que leur période est directement liée à leur luminosité - et les astronomes peuvent utiliser ces informations de luminosité pour calculer la distance. Polaris, l'étoile polaire, est une céphéide bien connue et classique.
Mais les astronomes ont toujours pensé que les céphéides ULP, qui s'éclaircissent et s'assombrissent en quelques mois ou plus, n'obéissent pas à cette relation. Ils sont plus gros et plus brillants que les céphéides typiques. En fait, ils sont plus grands et plus brillants que la plupart des étoiles; dans cette étude, par exemple, les 18 céphéides ULP variaient en taille de 12 à 20 fois la masse de notre soleil.
La luminosité en fait de bons marqueurs de distance, a déclaré Stanek. Les céphéides typiques sont plus difficiles à repérer dans les galaxies éloignées, car leur lumière se confond avec d'autres étoiles. Les céphéides ULP sont suffisamment brillantes pour se démarquer.
Les astronomes soupçonnent également depuis longtemps que les céphéides ULP n'évoluent pas de la même manière que les autres céphéides. Dans cette étude, cependant, l'équipe de l'Ohio State a trouvé la première preuve d'un céphéide ULP évoluant comme un céphéide plus classique.
Un céphéide classique se réchauffera et se refroidira plusieurs fois au cours de sa vie. Entre les deux, les couches externes de l'étoile deviennent instables, ce qui entraîne des changements de luminosité. On pense que les céphéides ULP ne traversent cette période d'instabilité qu'une seule fois, et vont dans une seule direction - du plus chaud au plus froid.
Mais alors que les astronomes rassemblaient les données de différentes parties de la littérature pour cette étude, ils ont découvert que l'un des céphéides ULP - une étoile dans le petit nuage magellanique baptisé HV829 - se déplace clairement dans la direction opposée.
Il y a 40 ans, le HV829 pulsait tous les 87,6 jours. Maintenant, il bat tous les 84,4 jours. Deux autres mesures trouvées dans la littérature confirment que la période a diminué régulièrement au cours des décennies intermédiaires, ce qui indique que l'étoile elle-même se rétrécit et devient plus chaude.
Les astronomes ont conclu que les céphéides ULP pouvaient aider les astronomes non seulement à mesurer l'univers, mais aussi à en savoir plus sur l'évolution des étoiles très massives.
Certains de ces résultats ont été publiés dans le Astrophysical Journal en avril 2009. Depuis la rédaction de cet article, les astronomes de l'État de l'Ohio ont commencé à utiliser le Large Binocular Telescope à Tucson, en Arizona, pour rechercher plus de céphéides ULP. Stanek dit qu'ils ont trouvé quelques bons candidats dans la galaxie M81, mais ces résultats restent à confirmer.
Sources: AAS, Université d'État de l'Ohio
