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人民網(wǎng)北京6月20日電 (記者趙竹青)北京時間6月20日,國際學(xué)術(shù)期刊《自然·天文》在線發(fā)表了中國科學(xué)院國家天文臺陳孝鈿副研究員領(lǐng)銜完成的一項重要成果。研究團(tuán)隊發(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)家已經(jīng)能測量數(shù)百億光年之外的遙遠(yuǎn)星系的距離,也知道了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)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,星星是如此遙遠(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)燭光就像一盞已知功率的燈,它的內(nèi)在亮度是一致的,離它越遠(yuǎn),就會感覺它越暗。觀測到標(biāo)準(zhǔn)燭光的亮度隨距離的平方降低。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。
如何知道這兩類恒星的內(nèi)在亮度呢?這類恒星的亮度是隨時間周期性變化的,并且周期與內(nèi)在亮度之間存在著線性的周光關(guān)系。利用周光關(guān)系,就可以得到這兩類恒星的內(nèi)在亮度,然后通過內(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)在亮度會受元素豐度的影響,也就是說,擁有不同重元素的恒星具有不同的內(nèi)在亮度。
因為這個問題,當(dāng)天文學(xué)家們想繼續(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,依靠光譜測量。我國的郭守敬望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)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%。
陳孝鈿研究團(tuán)隊利用我國郭守敬望遠(yuǎn)鏡等數(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(jìn)而建立了雙周期天琴座RR型變星的周光關(guān)系?;谠撝芄怅P(guān)系,星系的距離誤差可以優(yōu)化到1-2%。
據(jù)了解,我國空間站巡天望遠(yuǎn)鏡將在未來兩年內(nèi)升空,它將能發(fā)現(xiàn)近百個近鄰星系中的雙周期天琴座RR型變星。利用該成果的方法,高距離精度的星系樣本將擴(kuò)大20倍。屆時,人類有望看到一張精細(xì)的本星系群的三維直觀圖象,并能得到一個誤差在1%的哈勃常數(shù)。
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