En överraskande ny klass med röntgenpulserande variabla stjärnor har upptäckts av ett team av amerikanska och kanadensiska astronomer under ledning av Villanova Universitys Scott Engle och Edward Guinan. En del av programmet Villanova Secret Lives of Cepheids, de nya röntgenobservationerna, erhållet av NASA:s Chandra röntgenobservatorium och publicerad torsdag, 23 mars i Astrofysisk tidskrift , avslöjar att den ljusa prototypen av klassiska cepheider, d Cephei, är en periodisk pulserad röntgenkälla.

Medlemmar i forskargruppen som delade i upptäckten inkluderade Graham Harper, University of Colorado; Nancy Remage Evans, Harvard Center for Astrophysics; Manfred Cuntz, University of Texas, Arlington; och Hilding Neilson, University of Toronto.

Prototypstjärnan som alla cepheider heter efter, d Cephei (d Cep) är, på ett avstånd av 890 ljusår bort, också en av de närmaste i sitt slag. Cepheids är en berömd klass av pulserande variabla stjärnor och bland de mest astronomiskt viktiga objekten i universum. Genom att mäta pulsationsperioderna och ljusstyrkan hos Cepheids kan astrofysiker mäta avstånd till andra galaxer och kalibrera den extragalaktiska avståndsskalan. Cepheids spelar också en allt viktigare roll i ansträngningarna för att exakt mäta universums expansionstakt och för att lösa den utvecklande skillnaden i Hubble.

Data har nyligen returnerats för d Cep från Chandra röntgenobservatorium, i kombination med tidigare röntgenmätningar säkrad med XMM-Newton röntgensatellit, har visat att d Cep har röntgenvariationer som sker i överensstämmelse med superjättestjärnans pulsationsperiod på 5,4 dagar. Röntgen observeras i alla faser av stjärnans pulsationer, men stiger kraftigt med ~ 400% nära de tider då stjärnan sväller till sin maximala diameter på cirka 45 gånger solens.

"Våra första röntgenobservationer av cepheider gjordes 2006, och våra första upptäckter möttes av en liten skepsis. Tanken att Cepheids kan vara röntgenaktiv verkade långsökt eftersom dessa stjärnor bara är några gånger mer massiva och lite hetare än solen, "sa Engle." Över ett decennium senare, vi har äntligen visat att de faktiskt kan vara röntgenvariabla, men arbetet är långt ifrån över. Nu måste vi förstå hur de genererar och modulerar sina röntgenutsläpp, och vilken effekt detta kan ha på Leavitt Period-Luminosity Law. "

d Cep är en ljus stjärna, lätt att se utan ett teleskop i norr i stjärnbilden Cepheus. Denna gula superjättestjärna, vars variationer i optisk ljusstyrka upptäcktes 1784, var en av de första variabla stjärnorna som är kända. Dess ljusvariationer är resultatet av radiella pulsationer, där stjärnan drar ihop sig och expanderar med samma 5,4 dagars period som dess ljusstyrkavariationer. Ytan på d Cep når supersoniska hastigheter på cirka 82, 000 miles i timmen, medan stjärnan krymper och växer med ungefär 2 miljoner mil under varje pulseringsperiod. Tusentals cepheider har hittats i vår galax såväl som i andra galaxer hundratals miljoner ljusår bort.

Analyser av röntgendata indikerar den oväntade förekomsten av mycket heta plasma i cep, med temperaturer över 10 miljoner grader Celsius. Det är ännu inte säkert om röntgenstrålarna härrör från pulsationsinducerade chockvågor i stjärnans dynamiska atmosfär, eller från genereringen av ett stjärnmagnetiskt fält som trasslar ihop sig, avger röntgenstrålar. Andra Cepheids studeras för att förstå källan till de uppvärmda, Röntgenstrålande plasma. Minst två ytterligare Cepheids visar potentiell röntgenvariation.

Forskargruppen som leds av Engle och Guinan använde tidigare rymdteleskopet Hubble för att studera ultravioletta utsläppsledningar från d Cep och andra Cepheids. Dessa utsläppslinjer har sitt ursprung i plasma upp till 300, 000 grader Celsius; kallare än röntgenstrålande plasma men fortfarande mycket varmare än stjärnornas ytor. De ultravioletta utsläppen varierar också i överensstämmelse med Cepheidernas pulseringsperioder men stiger kraftigt efter att Cepheid når minsta radie, i motsats till röntgenutsläpp som når sin topp strax efter maximal radie. Teamet studerar fortfarande exakt varför ultraviolett och röntgenutsläpp toppar vid så olika faser av stjärnans pulsationer.

"Klassiska Cepheidstjärnor anses vara de viktigaste variabla stjärnorna på himlen. Dessa pulserande supergigantstjärnor har använts sedan mitten av 1920-talet av Edwin Hubble och andra astronomer för att mäta avstånden till galaxer och bestämma universums expansionshastighet, "sa Guinan." Efter många försök, misslyckandet med att upptäcka röntgenstrålar från Cepheids under 1980-90-talet fick astronomer att ge upp dem som potentiella röntgenstjärnor. Så det var en stor (men trevlig) överraskning att hitta röntgenemission från d Cep och flera andra cepheider. "

Denna upptäckt av röntgenstrålar för d Cep och några andra Cepheids är den nyaste i en lista över nyligen upptäckta Cepheid-egenskaper. Dessa inkluderar omgivande gas och dammiga miljöer, infraröda överskott, ultravioletta utsläppsledningar, och cykel-till-cykelvariationer i stjärnornas periodiska ljusförändringar. Denna kombination av upptäckter visar att Cepheids, efter mer än två århundraden av studier, har fortfarande sina hemligheter. Med tanke på den astrofysiska och kosmologiska betydelsen av Cepheids, och de höga precisionerna som krävs för att testa kosmologiska modeller, dessa nya upptäckter borde förstås bättre. Röntgenobservationer av andra ljusa Cepheids är planerade att avslöja deras röntgenbeteende.