独特双星系统解开脉动恒星之谜

2010-11-26 13:34 来源: 新浪
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  北京时间11月25日消息,天文学上精确测定恒星和星系的距离长期以来一直是让天文学家们困扰的难题,除去三角视差等经典方法,有一类特殊的天体,为天文学家提供了一个“量天尺”。这就是造父变星(Cepheid Variable)。和太阳不同,造父变星会按照一定的周期规律性地变亮再变暗,周期从几天到几个月不等。这是因为它的大气温度会产生有规律的冷热变化,因而导致整个恒星体有规律地膨胀或收缩。

  20世纪初,美国天文学家李维特(H·Lieavitt)发现了著名的“周光关系”:造父变星的光变周期越长,其光度就越大。

  周光关系的意义在于它为天文学家提供了一种简便而相对精确的恒星距离测量方法:假设有两颗同样亮度的恒星,距离地球较远的那颗看上去会较暗。这样一来,只要目标是造父变星,那么只要测定其光变周期便可获知其光度,有了确定的光度值(即它实际的发光能力),天文学家就能根据其视星等(即从地球上看上去的亮度)精确推算其实际距离。

  如果扩展开去,对于一个遥远的星系,天文学家如果能在其中找到一颗造父变星,同样就能大致判断其距离。甚至帮助研究人员判断宇宙的膨胀速度。由于它的巨大应用价值,造父变星被天文学家们称为“标准烛光”。

测量造父变星质量的历史

  由于缺乏观测数据,科学家们一直不能理解造父变星的质量和其光度变化之间存在何种对应关系。从上世纪60年代起,天文学家一直在努力试图测定其质量,但结果都让他们感到沮丧。

  目前针对这一问题,天文学界有两个主流的理论模型,但是它们产生的预测结果差异悬殊。其中一种方法是基于恒星的演化理论,而另一种则基于变星的物理特性。采用第一种方法计算得出的造父变星质量值总会高出第二种方法结论20%—30%。直到最近,天文学家都没有办法去判断究竟哪一种方法是正确的。

柳暗花明

  现在,天文学家们报告发现了一个独特的双星系统,这将可能成为天文学家们解决这一难题的里程碑,并允许科学家们第一次有能力分辨这两种理论究竟哪一种更加准确。

  “我们以前所未有的精度测定了一颗造父变星的质量”,做出这项成果的科研小组负责人格兹霍茨·皮特任斯基(Grzegorz Pietrzyński)说。他来自波兰华沙大学。“这项新的成果允许我们能一眼看出之前的两种主流方法哪一种是正确的。”

  该科研小组发现了一个独特的造父变星,编号OGLE-LMC-CEP0227。它显得与众不同,因为它是一个双星系统,并且从地球的角度看去,这两颗成员星交替“掩星”。

  在天文学上,这样的双星被称为“食双星”。它和普通双星系统的不同之处在于它和地球之间所处的角度关系:两颗成员恒星相互绕转的轨道平面和地球上我们看过去的视线处于同一平面。因此当一颗恒星经过另一颗恒星面前时,它会“遮住”背后那颗恒星的光芒,使它亮度暂时变暗。这种亮度的变化可以让天文学家获得大量信息。这种例子非常罕见。此次新发现的这一对双星位于银河系之外,属于大麦哲伦星系范围,距离地球约16万光年。

  借助欧洲南方天文台(ESO)所属智利拉西拉天文台,以及其他地点的望远镜,小组的科学家们确认了这两颗成员恒星的精确质量,以及它们的大小和轨道运动情况。这一质量测定结果的误差不超过1%,这是前所未有的。

  新的质量数据支持恒星脉动理论的预测。相对而言,另一种基于恒星演化理论得出的数据和此次观测所得的数据相差悬殊。

  现在,有了这项新的进展,天文学家们希望它将帮助使这把有用的“量天尺”变得更加精准。

有关这项发现的详细情况已经发表于11月25日的《自然》杂志。