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一個(gè)食雙星系統(tǒng)的藝術(shù)想象圖，其中一顆成員星是造父變星 北京時(shí)間11月25日消息，天文學(xué)上精確測定恒星和星系的距離長期以來一直是讓天文學(xué)家們困擾的難題，除去三角視差等經(jīng)典方法，有一類特殊的天體，為天文學(xué)家提供了一個(gè)“量天尺”。這就是造父變星(Cepheid Variable)。和太陽不同，造父變星會(huì)按照一定的周期規(guī)律性的變亮再變暗，周期從幾天到幾個(gè)月不等。這是因?yàn)樗拇髿鉁囟葧?huì)產(chǎn)生有規(guī)律的冷熱變化，因而導(dǎo)致整個(gè)恒星體有規(guī)律的膨脹或收縮。 20世紀(jì)初，美國女天文學(xué)家李維特(H·Lieavitt)發(fā)現(xiàn)了著名的“周光關(guān)系”：造父變星的光變周期越長，其光度就越大。 周光關(guān)系的意義在于它為天文學(xué)家提供了一種簡便而相對(duì)精確的恒星距離測量方法：假設(shè)有兩顆同樣亮度的恒星，距離地球較遠(yuǎn)的那顆看上去會(huì)較暗。這樣一來，只要目標(biāo)是造父變星，那么只要測定其光變周期便可獲知其光度，有了確定的光度值(即它實(shí)際的發(fā)光能力)，天文學(xué)家就能根據(jù)其視星等(即從地球上看上去的亮度)精確推算其實(shí)際距離。 如果擴(kuò)展開去，對(duì)于一個(gè)遙遠(yuǎn)的星系，天文學(xué)家如果能在其中找到一顆造父變星，同樣就能大致判斷其距離。甚至幫助研究人員判斷宇宙的膨脹速度。由于它的巨大應(yīng)用價(jià)值，造父變星被天文學(xué)家們稱為“標(biāo)準(zhǔn)燭光”。 測量造父變星質(zhì)量的歷史 由于缺乏觀測數(shù)據(jù)，科學(xué)家們一直不能理解造父變星的質(zhì)量和其光度變化之間存在何種對(duì)應(yīng)關(guān)系。從上世紀(jì)60年代起，天文學(xué)家一直在努力試圖測定其質(zhì)量，但結(jié)果都讓他們感到沮喪。 目前針對(duì)這一問題，天文學(xué)界有兩個(gè)主流的理論模型，但是它們產(chǎn)生的預(yù)測結(jié)果差異懸殊。其中一種方法是基于恒星的演化理論，而另一種則基于變星的物理特性。采用第一種方法計(jì)算得出的造父變星質(zhì)量值總會(huì)高出第二種方法結(jié)論20%~30%。直到最近，天文學(xué)家都沒有辦法去判斷究竟哪一種方法是正確的。 柳暗花明 現(xiàn)在，天文學(xué)家們報(bào)告發(fā)現(xiàn)了一個(gè)獨(dú)特的雙星系統(tǒng)，這將可能成為天文學(xué)家們解決這一難題的里程碑，并允許科學(xué)家們第一次有能力分辨這兩種理論究竟哪一種更加準(zhǔn)確。 “我們以前所未有的精度測定了一顆造父變星的質(zhì)量”，做出這項(xiàng)成果的科研小組負(fù)責(zé)人格茲霍茨·皮特任斯基(Grzegorz Pietrzyński)說。他來自波蘭華沙大學(xué)。“這項(xiàng)新的成果允許我們能一眼看出之前的兩種主流方法哪一種是正確的。” 該科研小組發(fā)現(xiàn)了一個(gè)獨(dú)特的造父變星，編號(hào)OGLE-LMC-CEP0227。它顯得與眾不同，因?yàn)樗且粋�(gè)雙星系統(tǒng)，并且從地球的角度看去，這兩顆成員星交替“掩星”。 在天文學(xué)上，這樣的雙星被稱為“食雙星”。它和普通雙星系統(tǒng)的不同之處在于它和地球之間所處的角度關(guān)系：兩顆成員恒星相互繞轉(zhuǎn)的軌道平面和地球上我們看過去的視線處于同一平面。因此當(dāng)一顆恒星經(jīng)過另一顆恒星面前時(shí)，它會(huì)“遮住”背后那顆恒星的光芒，使它亮度暫時(shí)變暗。這種亮度的變化可以讓天文學(xué)家獲得大量信息。這種例子非常罕見。此次新發(fā)現(xiàn)的這一對(duì)雙星位于銀河系之外，屬于大麥哲倫星系范圍，距離地球約16萬光年。 借助歐洲南方天文臺(tái)(ESO)所屬智利拉西拉天文臺(tái)，以及其他地點(diǎn)的望遠(yuǎn)鏡，小組的科學(xué)家們確認(rèn)了這兩顆成員恒星的精確質(zhì)量，以及它們的大小和軌道運(yùn)動(dòng)情況。這一質(zhì)量測定結(jié)果的誤差不超過1%，這是前所未有的。 新的質(zhì)量數(shù)據(jù)支持恒星脈動(dòng)理論的預(yù)測。相對(duì)而言，另一種基于恒星演化理論得出的數(shù)據(jù)和此次觀測所得的數(shù)據(jù)相差懸殊。 現(xiàn)在，有了這項(xiàng)新的進(jìn)展，天文學(xué)家們希望它將幫助使這把有用的“量天尺”變得更加精準(zhǔn)。 有關(guān)這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的詳細(xì)情況已經(jīng)發(fā)表于11月25日的《自然》雜志。(晨風(fēng)) (責(zé)任編輯：白雪松) |
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