【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】6月20日，《自然-天文》在線發(fā)表了中國科學(xué)院國家天文臺副研究員陳孝鈿領(lǐng)銜完成的一項重要成果。該研究發(fā)現(xiàn)雙周期的天琴座RR型變星是最好的標(biāo)準(zhǔn)燭光，利用它的兩個周期來測量星系距離不再需要元素豐度的信息，這使得星系批量高精度測距得以實現(xiàn)。
一百年前，美國天文學(xué)家愛德文·哈勃測量了第一個河外星系仙女座大星云的距離，從而確定了河外星系的存在，開創(chuàng)了星系天文學(xué)的研究。隨著技術(shù)的發(fā)展，天文學(xué)家已能測量數(shù)百億光年之外的遙遠(yuǎn)星系的距離，并了解到銀河系只是浩瀚宇宙中的一粒星塵。當(dāng)前，天文學(xué)家關(guān)注的是如何更準(zhǔn)確地獲得一顆恒星、一個星系、甚至整個宇宙的距離。
當(dāng)我們仰望星空，星星如此遙遠(yuǎn)。測量它們的距離通常需要使用量天尺即標(biāo)準(zhǔn)燭光。標(biāo)準(zhǔn)燭光如同一盞已知功率的燈，它的內(nèi)在亮度是一致的。當(dāng)我們離它越遠(yuǎn)，就會感覺它越暗。研究觀測到標(biāo)準(zhǔn)燭光的亮度隨距離的平方降低(圖1)。恒星中有兩種常用的標(biāo)準(zhǔn)燭光——年輕(千萬年)的造父變星和年老(百億年)的天琴座RR型變星。它們的內(nèi)在亮度分別是太陽的上萬倍和一百倍。
如何得到這兩類恒星的內(nèi)在亮度？這類恒星的亮度是隨時間周期性變化的，且周期與內(nèi)在亮度之間存在線性的周光關(guān)系。利用周光關(guān)系，我們可以得到這兩類恒星的內(nèi)在亮度，進一步通過內(nèi)在亮度與觀測亮度的比較計算出距離。
使用這種方法可以得到一個誤差為5-10%的天體距離，但如果想得到更準(zhǔn)的距離，則需要判斷標(biāo)準(zhǔn)燭光是否足夠標(biāo)準(zhǔn)。天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，恒星的內(nèi)在亮度受到元素豐度的影響，也就是說，擁有不同重元素的恒星具有不同的內(nèi)在亮度。
因此，當(dāng)我們想繼續(xù)減小天體距離的誤差時，就需要測量這些標(biāo)準(zhǔn)燭光的元素豐度。元素豐度的測量成本較高，且依靠光譜測量。我國的郭守敬望遠(yuǎn)鏡已獲得了數(shù)千萬條光譜，是世界上最大的光譜庫之一。然而，有光譜測量的天體仍然只是冰山一角。目前只有不到5個河外天體的距離誤差小于2%。
陳孝鈿團隊利用郭守敬望遠(yuǎn)鏡等的數(shù)據(jù)，首次發(fā)現(xiàn)了雙周期天琴座RR型變星的多個周期與金屬豐度之間的線性關(guān)系，進而建立了雙周期天琴座RR型變星的周光關(guān)系。基于該周光關(guān)系，星系的距離誤差可以優(yōu)化到1-2%。
我國空間站巡天望遠(yuǎn)鏡將在未來兩年內(nèi)升空，將能發(fā)現(xiàn)近百個近鄰星系中的雙周期天琴座RR型變星。利用該研究提出的方法，高距離精度的星系樣本將擴大約20倍。屆時，我們有望看到一張精細(xì)的本星系群的三維直觀圖像(圖2)，并能得到一個誤差在1%的哈勃常數(shù)。
圖1：標(biāo)準(zhǔn)燭光藝術(shù)圖
圖2：本星系群的三維藝術(shù)圖
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