Todo o nosso entendimento do universo é baseado no conhecimento das distâncias a outras galáxias, no entanto, essa pergunta aparentemente simples acaba sendo terrivelmente difícil de responder. A melhor resposta veio há mais de 100 anos de uma astrônoma que era praticamente desconhecida em sua época - e hoje, outro astrônomo usou os dados do Sloan Digital Sky Survey (SDSS) para tornar essas medições de distância mais precisas do que nunca.

"Tem sido fascinante trabalhar com estrelas tão historicamente importantes, "diz Kate Hartman, um graduando do Pomona College que anunciou os resultados na reunião de hoje da American Astronomical Society (AAS) em National Harbor, Maryland. Hartman estudou "Variáveis ​​cefeidas, "um tipo de estrela que pulsa periodicamente para dentro e para fora, variando em brilho ao longo de alguns dias ou semanas.

O padrão foi notado pela primeira vez em 1784 na constelação de Cepheus no céu do norte, portanto, essas estrelas ficaram conhecidas como "variáveis ​​cefeidas". As variáveis ​​cefeidas passaram de interessantes a completamente indispensáveis ​​no início dos anos 1900, graças ao trabalho da astrônoma Henrietta Leavitt. As contribuições de Leavitt foram amplamente ignoradas por uma razão simples - ela era uma mulher na época em que as mulheres não eram levadas a sério como astrônomos.

Na verdade, quando Leavitt foi contratado pela primeira vez pelo Harvard College Observatory em 1895, ela foi contratada como "computador" - um termo que significava algo completamente diferente do que significa hoje. Antes dos computadores modernos ou mesmo calculadoras de bolso, um "computador" era uma pessoa contratada para realizar cálculos complexos em sua mente, auxiliado apenas por lápis e papel. Embora o trabalho fosse exigente, não era levado a sério pelos cientistas profissionais do sexo masculino da época - era visto como um trabalho mecânico que não exigia inteligência ou discernimento que pudesse ser feito por qualquer pessoa, até mesmo uma mulher.

Então, em 1908, quando Leavitt descobriu uma relação entre o brilho (ou "luminosidade") de uma estrela variável Cefeida e o tempo que levava para passar por um ciclo completo de mudança (seu "período"), seu trabalho não foi imediatamente reconhecido por seu significado. Demorou anos para a comunidade astronômica predominantemente masculina perceber que esta relação (hoje conhecida como "a Lei Leavitt") significa que medir o período de uma variável Cefeida imediatamente dá seu verdadeiro brilho - e, além disso, que comparando isso com seu brilho aparente imediatamente dá sua distância.

Tristemente, foi somente após a morte de Leavitt de câncer, aos 53 anos, que os astrônomos perceberam que ela havia encontrado a chave para desvendar distâncias para essas estrelas em todos os lugares - seja em nossa Via Láctea ou em uma galáxia no universo distante.

Usando a relação período-luminosidade que Leavitt descobriu, outros calcularam mais tarde as distâncias às variáveis ​​cefeidas em galáxias fora de nossa Via Láctea. Ao fazer isso, eles descobriram que nosso universo está se expandindo, começando de um único ponto, há mais de 14 bilhões de anos, no Big Bang - uma descoberta que nunca teria sido possível sem a descoberta da Lei Leavitt.

Mais de um século depois, astrônomos como Hartman estão dando continuidade ao trabalho de Leavitt. Seu anúncio surgiu como resultado de um projeto de pesquisa de verão de dez semanas no Observatório Carnegie. Hartman trabalhou em estreita colaboração com seu orientador de pesquisa, Rachael Beaton, um membro Hubble e Carnegie-Princeton agora baseado na Universidade de Princeton.

A ferramenta que Hartman e Beaton estão usando para melhorar nosso conhecimento das variáveis ​​Cepheid é o Apache Point Galactic Evolution Experiment (APOGEE) do Sloan Digital Sky Survey, que está mapeando sistematicamente as composições químicas e os movimentos das estrelas em todos os componentes de nossa galáxia.

Como explica Beaton, "A pesquisa APOGEE é otimizada para estudar o legal, velhas estrelas gigantes encontradas em toda a nossa galáxia. E embora as variáveis ​​cefeidas sejam mais jovens e maiores, eles são semelhantes em temperatura, portanto, são adequados para o APOGEE. "

O fato de as variáveis ​​Cefeidas aparecerem na pesquisa APOGEE oferece uma grande oportunidade para calibrar a Lei de Leavitt, mas também oferece um grande benefício:permite aos astrônomos mapear estrelas jovens da mesma forma que mapeiam estrelas gigantes antigas. O mapeamento desses dois tipos de estrelas permite que os astrônomos conectem estruturas da galáxia antiga a componentes formados mais recentemente. Desta maneira, As variáveis ​​cefeidas podem oferecer uma visão tremenda da estrutura de nossa galáxia - mas essa visão traz complicações.

A própria propriedade dessas estrelas que permitiu a Henrietta Leavitt descobrir a Lei Leavitt - suas previsíveis variações de brilho - cria desafios para o APOGEE. "Ao longo de um ciclo de pulsação de uma variável Cefeida, as propriedades da estrela mudam, "diz Beaton." Sua temperatura, gravidade superficial, e as propriedades atmosféricas podem variar muito em um período bastante curto. Então, como o APOGEE pode medi-los adequadamente? Achei que seria um excelente projeto de pesquisa de verão descobrir. "

A estudante de graduação que aceitou o desafio foi Kate Hartman, do Pomona College em Claremont, Califórnia. Hartman conseguiu demonstrar que é possível obter medições consistentes da composição química das variáveis ​​Cefeidas, independentemente de quando em seu ciclo foram observados pelo APOGEE.

Hartman explica, "Eu tive que olhar para vários espectros da mesma variável Cefeida e medir a quantidade de elementos diferentes na estrela. Quando olhamos para o espectro de uma estrela em todo o seu ciclo de pulsação, não encontramos diferenças significativas nos resultados. Isso significa que estamos obtendo resultados confiáveis ​​sempre que olhamos. "

Saber que o APOGEE pode medir com segurança as variáveis ​​Cefeidas é particularmente importante, Hartman explica, porque é a primeira pesquisa a ver tantos, tão regularmente, e em tantos lugares. Como o APOGEE agora opera simultaneamente com instrumentos gêmeos em telescópios nos hemisférios Norte e Sul, pode ver toda a galáxia, assim como nossos vizinhos a Grande e a Pequena Nuvem de Magalhães. Isso significa que as cefeidas podem ser observadas em ambientes químicos muito diferentes, usando o mesmo instrumento e processo de análise de dados todas as vezes.

Como resultado das descobertas de Hartman, observações adicionais do APOGEE de variáveis ​​Cefeidas estão agora bem encaminhadas. Jen Sobeck, da Universidade de Washington, Gerente de Projeto do APOGEE, explica, "a pesquisa observará as Cefeidas mais próximas e bem estudadas com observações várias vezes por mês, terá como alvo as Cefeidas na Grande e na Pequena Nuvem de Magalhães em janeiro, e planos para eventualmente atingir todas as Cefeidas em todas as partes do céu que observarmos. Essas observações são uma adição importante ao mapa APOGEE da galáxia. "

Com distâncias diretas de paralaxes trigonométricas a um bilhão de estrelas em nossa galáxia chegando em breve da missão ESA Gaia, a espectroscopia APOGEE é a peça final no quebra-cabeça para completar o trabalho iniciado por Henrietta Leavitt em 1908 e fornecer uma calibração precisa da Lei de Leavitt em todas as estrelas variáveis ​​cefeidas. E o próximo Sloan Digital Sky Survey V fornecerá dados ainda melhores. Com todas essas novas ferramentas à sua disposição, os astrônomos poderão acompanhar o trabalho de astrônomos como Leavitt - e Hartman - para as gerações futuras.