Champs observés dans NGC 300. Crédit d'image: ESO Cliquez pour agrandir
Les étoiles pulsantes céphéides sont utilisées comme indicateurs de distance depuis la découverte précoce d'Henrietta Leavitt il y a près de cent ans. À partir de ses données photographiques concernant l’une des galaxies voisines de la Voie lactée, le petit nuage magellanique, elle a découvert que la luminosité de ces étoiles était étroitement corrélée à leurs périodes de pulsation.
Cette relation période-luminosité, une fois calibrée, permet une détermination précise de la distance d'une galaxie une fois que les Céphéides y ont été découvertes, et leurs périodes et magnitudes moyennes ont été mesurées.
Bien que la méthode Cepheid n'atteigne pas assez loin dans l'Univers pour déterminer directement les paramètres cosmologiques comme la constante de Hubble, les distances de Cepheid aux galaxies résolues relativement proches ont jeté les bases d'un tel travail dans le passé, comme dans le projet clé du télescope spatial Hubble sur l'échelle de distance extragalactique. Les céphéides constituent en effet l'une des premières étapes de l'échelle des distances cosmiques.
Le principal problème actuel de la méthode Cepheid est que sa dépendance à l'égard de la métallicité d'une galaxie, c'est-à-dire sa teneur en éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium, n'a jamais été mesurée avec précision jusqu'à présent. Une autre difficulté intrigante de la méthode est le fait que l’absorption totale de la lumière du Cepheid sur son chemin vers la Terre, et en particulier la quantité d’absorption dans la galaxie hôte du Cepheid, doit être établie avec précision pour éviter des erreurs importantes dans la détermination de la distance.
Pour résoudre ce problème, Wolfgang Gieren (Université de Concepcion, Chili) et son équipe ont conçu un grand programme à l'ESO: le projet Araucaria. Son objectif est d'obtenir des distances aux galaxies relativement proches avec une précision meilleure que 5%.
L'une des galaxies clés du projet Araucaria de l'équipe est la magnifique galaxie NGC 300 proche du visage du groupe des sculpteurs. Dans une étude d'imagerie à large champ réalisée au télescope ESO / MPG de 2,2 m de La Silla en 1999-2000, l'équipe avait découvert plus d'une centaine de variables Céphéides couvrant une large plage de période de pulsation. Des photos de la galaxie et de certaines de ses céphéides à partir de ces données ont été publiées dans ESO Press Photos 18a-h en 2002. L'an dernier, l'équipe a présenté la distance du NGC 300 telle que dérivée de ces images optiques en bandes V et I.
L'équipe a complété cet ensemble de données unique avec de nouvelles données prises avec la caméra et le spectromètre proche infrarouge ISAAC sur le télescope Antu VLT de 8,2 m de l'ESO.
«Le travail à distance Cepheid présente trois avantages substantiels lorsque des images obtenues par des bandes passantes proche infrarouge sont utilisées à la place des données optiques», explique Wolfgang Gieren. Le gain le plus important est le fait que l'absorption de la lumière des étoiles dans le proche infrarouge, et en particulier dans la bande K, est considérablement réduite par rapport à l'effet de la matière interstellaire aux longueurs d'onde visibles. Un deuxième avantage est que les courbes de lumière de Céphéide dans l'infrarouge ont des amplitudes plus petites et sont beaucoup plus symétriques que leurs homologues optiques, ce qui permet de mesurer la luminosité moyenne de la bande K d'un Céphéide à partir de très peu, et en principe à partir d'une seule observation à phase de pulsation connue. En revanche, le travail optique nécessite l'observation de courbes de pleine lumière pour déterminer des magnitudes moyennes précises. Le troisième avantage fondamental dans l'infrarouge est une sensibilité réduite de la relation période-luminosité à la métallicité et au mélange avec d'autres étoiles dans les champs surpeuplés d'une galaxie éloignée.
Compte tenu de cela, l'un des principaux objectifs du grand programme de l'équipe a été de réaliser des observations de suivi dans le proche infrarouge des céphéides dans les galaxies cibles de leur projet, qui avaient déjà été découvertes dans des levés optiques à large champ.
Des images profondes dans les bandes J et K de trois champs dans NGC 300 contenant 16 céphéides ont été prises avec VLT / ISAAC en 2003.
«La haute qualité des données a permis une mesure très précise des magnitudes moyennes J et K des Céphéides à partir de seulement 2 observations de chaque étoile obtenues à des moments différents», explique Grzegorz Pietrzynski, un autre membre de l'équipe, également de Concepcion .
En utilisant ces données remarquables, les relations période-luminosité ont été construites. «Ce sont les relations PL infrarouges les plus précises jamais obtenues pour un échantillon de céphéide dans une galaxie au-delà des nuages magellaniques», souligne Wolfgang Gieren.
L'absorption totale de la lumière («rougissement») des céphéides dans NGC 300 a été obtenue en combinant les valeurs de la distance de la galaxie obtenues dans les différentes bandes optiques et proche infrarouge dans lesquelles NGC 300 a été observé. Cela a conduit à la découverte qu'il y a une contribution très importante au rougissement total de l'absorption intrinsèque au NGC 300. Cette absorption intrinsèque a un effet important sur la détermination de la distance mais n'avait pas été prise en compte auparavant.
L'équipe a pu mesurer la distance jusqu'à NGC 300 avec une incertitude totale sans précédent d'environ 3% seulement. Les astronomes ont découvert que NGC 300 est situé à 6,13 millions d'années-lumière.
Source d'origine: communiqué de presse de l'ESO
