【儀表網 研發快訊】6月20日，《自然-天文》在線發表了中國科學院國家天文臺副研究員陳孝鈿領銜完成的一項重要成果。該研究發現雙周期的天琴座RR型變星是最好的標準燭光，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。
一百年前，美國天文學家愛德文·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，開創了星系天文學的研究。隨著技術的發展，天文學家已能測量數百億光年之外的遙遠星系的距離，并了解到銀河系只是浩瀚宇宙中的一粒星塵。當前，天文學家關注的是如何更準確地獲得一顆恒星、一個星系、甚至整個宇宙的距離。
當我們仰望星空，星星如此遙遠。測量它們的距離通常需要使用量天尺即標準燭光。標準燭光如同一盞已知功率的燈，它的內在亮度是一致的。當我們離它越遠，就會感覺它越暗。研究觀測到標準燭光的亮度隨距離的平方降低(圖1)。恒星中有兩種常用的標準燭光——年輕(千萬年)的造父變星和年老(百億年)的天琴座RR型變星。它們的內在亮度分別是太陽的上萬倍和一百倍。
如何得到這兩類恒星的內在亮度？這類恒星的亮度是隨時間周期性變化的，且周期與內在亮度之間存在線性的周光關系。利用周光關系，我們可以得到這兩類恒星的內在亮度，進一步通過內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，但如果想得到更準的距離，則需要判斷標準燭光是否足夠標準。天文學家發現，恒星的內在亮度受到元素豐度的影響，也就是說，擁有不同重元素的恒星具有不同的內在亮度。
因此，當我們想繼續減小天體距離的誤差時，就需要測量這些標準燭光的元素豐度。元素豐度的測量成本較高，且依靠光譜測量。我國的郭守敬望遠鏡已獲得了數千萬條光譜，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%。
陳孝鈿團隊利用郭守敬望遠鏡等的數據，首次發現了雙周期天琴座RR型變星的多個周期與金屬豐度之間的線性關系，進而建立了雙周期天琴座RR型變星的周光關系。基于該周光關系，星系的距離誤差可以優化到1-2%。
我國空間站巡天望遠鏡將在未來兩年內升空，將能發現近百個近鄰星系中的雙周期天琴座RR型變星。利用該研究提出的方法，高距離精度的星系樣本將擴大約20倍。屆時，我們有望看到一張精細的本星系群的三維直觀圖像(圖2)，并能得到一個誤差在1%的哈勃常數。
圖1：標準燭光藝術圖
圖2：本星系群的三維藝術圖
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