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ザセファイド大きさや温度の変化により明るさが周期的に変化する脈動変光星です。これらの星は、周期と光度の関係のおかげで、特に私たちの銀河系やそれ以降の天体距離の測定を可能にするため、天体物理学に不可欠です。この関係は、20 世紀初頭にアメリカの天文学者ヘンリエッタ・スワン・リービットによって発見されました。
• 変動性: セファイドは、数日から数か月の範囲で定期的に明るさが変化するのを観察します。この変動は、星の内部構造の振動によるものです。
• 周期と明るさの関係:ヘンリエッタ・リービット(1868-1921) は、セファイドの変動周期が長ければ長いほど、その固有光度が高くなるということを発見しました。言い換えれば、セファイドの絶対等級はその振動の周期に直接関係しています。
ヘンリエッタ・スワン・リービットの研究は、1908 年にマゼラン雲の変光星の写真乾板を分析したときに始まりました。彼女は約 100 個の変光星を観察し、その中にはセファイド星も含まれていました。彼女の基本的な発見は周期と明るさの関係であり、実際、変化の周期が長い星は本質的に明るいことを発見しました。
リービットはこれらの星の絶対的な距離を決定できませんでしたが、非常に正確な相対スケールを提供しました。天文学者は（視差測定などを使用して）セファイドまでの距離を取得すると、この関係を使用して他のセファイドまでの距離を計算できます。これにより、銀河の距離を推定し、宇宙の規模を理解するための道が開かれました。
セファイドは、ヘルツシュプルング・ラッセル図の主系列から外れて進化した大質量星です。それらの変動は、「ヘリウムゾーンの不安定性」と呼ばれるプロセスによるものです。これらの星のいくつかの層ではヘリウムが部分的にイオン化されており、これが熱に対する透明度 (不透明度) に影響を与えます。
• 収縮段階: 星が収縮すると、温度が上昇し、イオン化したヘリウムによる不透明度が内層のエネルギーを遮断します。このエネルギーの蓄積により星は膨張します。
• 膨張段階: 星が膨張するにつれて冷却され、ヘリウムが再結合してイオン化が低下し、不透明度が低下してエネルギーが逃げやすくなります。星は再び収縮し、サイクルが再び始まります。
この脈動サイクルは規則的であるため、周期と明るさの正確な関係が得られます。
セファイドの周期と光度の関係のおかげで、エドウィン ハッブルは 1920 年代に、特定の渦巻星雲が実際には天の川銀河の外側にある銀河であることを証明することができました。この発見は宇宙に対する私たちの理解を変え、宇宙がこれまで考えられていたよりもはるかに大きいことを示しました。
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