高精度测量挑战我们对造父变星的理解

“经典造父变星”是一种脉动恒星，随着时间的推移，它会有节奏地变亮和变暗。这些脉动有助于天文学家测量太空中巨大的距离，这使得造父变星成为帮助我们了解宇宙大小和规模的关键“标准烛光”。

尽管造父变星很重要，但研究它却充满挑战。它们的脉动和与伴星的潜在相互作用形成了复杂的模式，难以准确测量。多年来使用的不同仪器和方法导致了数据不一致，使我们对这些恒星的理解变得复杂。

“使用高清测速技术追踪造父变星脉动让我们深入了解这些恒星的结构及其演化方式，”洛桑联邦理工学院天体物理学家理查德·安德森(RichardI.Anderson)表示。“特别是，测量恒星沿视线膨胀和收缩的速度(即所谓的径向速度)为从太空进行精确的亮度测量提供了至关重要的对应物。然而，迫切需要高质量的径向速度，因为它们的收集成本很高，而且很少有仪器能够收集它们。”

VELOCE项目

安德森目前带领一个科学家团队开展了造父变星速度测量(VELOCE)项目，这是一项大型合作，在12年的时间里，在2010年至2022年期间使用先进的光谱仪收集了258颗造父变星径向速度的18,000多个高精度测量数据。他们的研究发表在《天文学与天体物理学》杂志上。

安德森说：“这个数据集将作为一个锚点，将不同望远镜在不同时间的造父变星观测结果联系起来，并希望能激发社区的进一步研究。”

VELOCE是EPFL、日内瓦大学和鲁汶天主教大学合作的成果。它基于智利的瑞士欧拉望远镜和拉帕尔马岛的佛兰芒墨卡托望远镜的观测结果。Anderson在日内瓦大学攻读博士学位期间开始了VELOCE项目，在美国和德国继续博士后研究，现在已在EPFL完成。Anderson的博士生GiordanoViviani在VELOCE数据发布方面发挥了重要作用。

以尖端精度揭开造父变星之谜

“测量结果的出色精度和长期稳定性让我们对造父变星的脉动有了新的认识，”维维亚尼说。“脉动导致视线速度变化高达70公里/秒，即约250,000公里/小时。我们测量这些变化的精度通常为130公里/小时(37米/秒)，在某些情况下甚至高达7公里/小时(2米/秒)，这大致相当于快速行走的人的速度。”

为了获得如此精确的测量结果，VELOCE研究人员使用了两台高分辨率光谱仪，它们分离并测量电磁辐射的波长：北半球的HERMES和南半球的CORALIE。在VELOCE之外，CORALIE因发现系外行星而闻名，而HERMES则是恒星天体物理学的主力。

两台光谱仪探测到造父变星光线的微小变化，表明它们在运动。研究人员使用先进的技术来确保测量结果稳定准确，并校正任何仪器漂移和大气变化。

“我们利用多普勒效应测量径向速度，”安德森解释道。“这与警察测量车速时使用的效应相同，也是救护车靠近或远离时音调变化所导致的效应。”

造父变星的奇异舞蹈

VELOCE项目揭示了造父变星的几个令人着迷的细节。例如，VELOCE数据提供了迄今为止最详细的赫兹普龙级数(恒星脉动的一种模式)的观察结果，显示出以前未知的双峰凸起，与脉动恒星的理论模型相比，这将为更好地理解造父变星的结构提供线索。

研究小组发现，几颗造父变星的运动表现出复杂、受调节的变化。这意味着恒星的径向速度变化方式无法用简单、有规律的脉动模式来解释。换句话说，虽然我们预计造父变星会以可预测的节奏脉动，但VELOCE数据揭示了这些运动中额外的、意想不到的变化。

这些变化与传统上用于描述造父变星的理论脉动模型不一致。“这表明这些恒星内部发生了更复杂的过程，例如恒星不同层之间的相互作用，或者额外的(非径向)脉动信号，这些信号可能为通过星震学确定造父变星的结构提供机会，”安德森的博士后亨利卡·内泽尔(HenrykaNetzel)说。基于VELOCE的此类信号的首次探测报告发表在配套论文中(Netzel等人，正在印刷中)。

二元系统

该研究还发现了77颗属于双星系统(两颗恒星相互绕行)的造父变星，并发现了另外14颗候选恒星。由Anderson的前博士后ShreeyaShetye领导的配套论文详细描述了这些系统，加深了我们对这些恒星如何演化和相互作用的理解。

“我们发现大约三分之一的造父变星都有一个看不见的伴星，我们可以通过多普勒效应判断它的存在，”谢蒂说。

安德森说：“了解造父变星的性质和物理特性非常重要，因为它们可以告诉我们恒星的演化过程，我们依靠它们来确定距离和宇宙的膨胀率。此外，VELOCE为ESA任务盖亚的类似但不太精确的测量结果提供了最佳的交叉检验，盖亚最终将对造父变星径向速度测量进行最大规模的调查。”

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