50年奇异脉动恒星之谜解开

艺术家对食双星系统的印象，包括一颗被称为造父变星的脉动恒星。

自20世纪60年代以来，一类特殊脉动的恒星一直困扰着试图称量它们重量的科学家。到目前为止，关于如何测量这些恒星质量的两个主要想法产生了截然不同的结果。

现在，天文学家报告发现了一个特殊的恒星系统，它可能提供了某种罗塞塔石碑，使研究人员能够最终确定哪种恒星称重方法是准确的。

这些被称为造父变星的脉动恒星在天文学中享有盛誉，因为它们使科学家能够测量星系间的距离。造父变星的脉动“以稳定的时间表变得更亮更暗”，因为它们的气体在一个循环中加热、冷却、膨胀和收缩。

腕表称重的历史

多年来，科学家们使用两种相反的理论来确定造父变星的质量，结果大相径庭。一种方法基于恒星如何随时间演化的理论，而另一种方法则基于变星的物理性质。

第一种方法的计算表明，这些恒星的重量比第二种方法的估计多20%到30%。迄今为止，天文学家一直无法调和这种差异。

波兰华沙大学的团队负责人Grzegorz Pietrzyński说：“我们测量造父变星质量的精度远远高于任何早期的估计。”“这一新结果使我们能够立即看到预测类星体质量的两种相互竞争的理论中哪一种是正确的。”

一个独特的系统

研究小组发现了一颗特殊的造父变星，名为OGLE-LMC-CEP0227，它围绕一颗伴星旋转，从地球的角度来看，这两颗恒星轮流从彼此前面经过。

这个被称为食双星的系统与标准双星系统不同，因为它与我们的星球的角度不同：恒星的轨道发生在沿着我们视线的平面上。当一颗恒星挡住另一颗恒星时，背景恒星的光线会被遮挡，亮度的变化使天文学家能够了解到更多关于这两颗恒星的信息。

这样的系统非常罕见——在我们银河系外的一个大约160000光年外的邻近星系中发现了一对新的恒星，被称为大麦哲伦云。

研究小组使用位于智利拉西拉天文台的欧洲南方天文台望远镜以及其他望远镜，确定了两颗恒星的精确质量，以及它们的大小和轨道运动。这些测量为造父星的质量提供了依据，其精度比以前的方法提高了1%。

新的计算结果支持了恒星脉动理论产生的质量测量结果。另一方面，恒星演化理论得到的预测与新发现有很大不同。

标准蜡烛

与太阳不同，造父变星以从几天到几个月的可预测周期变亮和变暗。它们的亮度和脉动周期之间有着明确的关系，这意味着天文学家可以通过计时它们的光脉动来确定恒星的本质。

然后，科学家们将这颗恒星的内部亮度与其表观亮度进行了比较，“也就是说，从我们在地球上的有利位置来看，它看起来有多亮。”因为一颗恒星离我们越远就会显得越暗，天文学家可以通过这次亮度测量获得一个关于类人猿恒星距离的可靠测量结果。造父变星的这一有用特性为它们赢得了“标准蜡烛”的绰号

这使得天文学家可以用它们来测量星系之间的距离和宇宙的膨胀率。

研究人员希望，确定这些恒星真实质量的新能力能够帮助这些宇宙测量变得更加有用。

11月25日出版的《自然》杂志详细报道了这一发现。