最終更新日: 2014 年 5 月 3 日

ケフェイド変光星：なぜこれらの星は脈動するのか？

セファイドとは何ですか？

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。

セファイド星の特徴

• 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・リービット理論

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。

セファイド物理学

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。

発見の重要性

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。

この動画は、ハブル宇宙望遠鏡による観測をもとに作成され、変光星RS Puppisの脈動とその周囲の厚い暗い雲の環境を示しています。RS Puppisは、とも座に位置するケフェイド型の変光星です。 RS Puppisを取り巻く塵は、光のエコーと呼ばれる現象を驚くほど明瞭に見せています。この光のエコーは、RS Puppisから広がるガス雲のような錯覚を作り出します。ハブルの観測は、2010年に5週間にわたって行われ、変光星のサイクルの異なる段階を捉え、40日ごとに5倍以上の明るさの変化を示しています。この短い動画は、光のエコーのメカニズムをより明確に示すために何度も繰り返されています。これらのハブルの観測は、背景にある銀河で満たされた暗い空にある対象を示しています。RS Puppisは大きな星雲に位置しているため、天文学者は星雲の粒子からの光のエコーを使用してその距離を測定することができました。彼らはケフェイドが地球から6,500 ± 90光年離れた位置にあると正確に決定しました。この測定の精度は重要です、なぜならケフェイドは、私たちの銀河や近隣の銀河内の距離を測るためのマーカー（標準光源）として機能するからです。クレジット: NASA, ESA, G. Bacon (STScI), Hubble Heritage Team.