中国天文学家发现宇宙最好“标准烛光” 实现星系批量高精度测距

“标准烛光”艺术图。　中科院国家天文台 供图 　　北京6月20日电 (记者 孙自法)中国科学院国家天文台6月20日发布消息说，该台陈孝钿副研究员领衔完成的一项最新研究发现，双周期的“天琴座RR型变星”是宇宙中目前所知最好的“标准烛光”，利用其两个周期来测量星系距离不再需要元素丰度的信息，这一方法使得星系批量高精度测距得以实现。

本星系群的三维艺术图。　中科院国家天文台 供图　　由中国天文学家完成的这项重要天文发现及研究成果论文，北京时间6月19日深夜在国际专业学术期刊《自然·天文》在线发表。

论文第一作者和通讯作者陈孝钿科普称，当人们仰望星空，星星非常遥远，测量它们的距离通常需要使用的“量天尺”被称为“标准烛光”。“标准烛光”就像一盏已知功率的灯，它的内在亮度一致，当人们离它越远，就会感觉它越暗，天文学家观测到“标准烛光”的亮度随距离的平方降低。

恒星中有两种常用的“标准烛光”：年轻(千万年)的“造父变星”和年老(百亿年)的“天琴座RR型变星”，它们的内在亮度分别是太阳的上万倍和100倍。

“我们如何知道这两类恒星的内在亮度呢？”陈孝钿解释说，这类恒星的亮度是随时间周期性变化的，并且周期与内在亮度之间存在着线性的周光关系(即周期(周)和内在亮度(光)关系)。利用周光关系，天文学家自然就可以得到这两类恒星的内在亮度，然后通过内在亮度与观测亮度的比较计算出距离。

使用这种方法可以得到一个误差为5%-10%的天体距离，但如果想得到更准的距离，则需要判断“标准烛光”是否足够标准。天文学家发现，恒星的内在亮度会受元素丰度的影响，也就是说，拥有不同重元素的恒星具有不同的内在亮度。

因此，如果天文学家想继续减小天体距离的误差，就需要测量这些“标准烛光”的元素丰度，而元素丰度依靠光谱测量的成本较高。中国的郭守敬望远镜已经获得数千万条光谱，是世界上最大的光谱库之一，但有光谱测量的天体仍然只是冰山一角，目前只有不到5个银河外天体的距离误差小于2%。

陈孝钿指出，本次研究中，研究团队利用郭守敬望远镜等数据，首次发现双周期“天琴座RR型变星”的多个周期与金属丰度之间的线性关系，进而建立双周期“天琴座RR型变星”的周光关系。基于该周光关系，星系的距离误差可以优化到1%-2%。

他表示，中国空间站巡天望远镜将在未来两年内升空，将能发现近百个近邻星系中的双周期“天琴座RR型变星”，利用国家天文台最新研究成果的方法，高距离精度的星系样本将扩大20倍。“届时，我们有望看到一张精细的本星系群(即银河系和最近几个星系组成的星系集体)的三维直观图象，并能得到一个误差在1%的哈勃常数”。

据了解，一百年前，美国天文学家爱德文·哈勃测量了第一个银河外星系仙女座大星云的距离，从而确定银河外星系的存在，开创星系天文学的研究。随着技术的发展，天文学家现已能测量数百亿光年之外的遥远星系的距离，知道银河系只是浩瀚宇宙中的一粒星尘。如何更精准地获得一颗恒星、一个星系甚至整个宇宙的距离，也是当前天文学家关注的热点议题之一。(完)