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脉冲星出人意料的行为可能帮助我们测量宇宙

2024-06-26科学

新研究提供了迄今最精确的脉动造父变星测量结果,这可能包含有关我们宇宙巨大规模和尺寸的线索。

造父变星是一种特殊的恒星,它们以一种非常规律的方式周期性地变亮和变暗,这种亮度的变化就像是它们在天空中「呼吸」,因此我们可以通过观察这种变化来了解它们的特性。然而,虽然这种有节奏的行为允许天文学家根据星光亮度的变化或脉冲来计算空间中的距离,但这种忽明忽暗的变化常常使这些恒星观测活动难以为继。

天文学家利用2010年至2022年间,从智利的欧拉望远镜和西班牙拉帕尔马的佛兰芒墨卡托望远镜收集的先进光谱观测数据,造父变星速度(VELOCE)项目的研究人员以极大的精确度和一致性,研究了数百颗造父变星。

瑞士联邦理工学院的天体物理学家和该研究的主要作者理查德·I·安德森在新研究的声明中说:"理解造父变星的性质和物理学很重要,因为它们告诉我们恒星通常是如何演化的,而且我们依赖它们来确定距离和宇宙的膨胀速率,这成为我们提供了宇宙的灯塔。"两台望远镜上的高分辨率光谱仪允许天文学家分离和测量星光的波长,并捕获亮度的变化。然后,团队根据多普勒效应,测量了恒星沿望远镜视线扩张和收缩的速度,即径向速度。

脉动导致视线速度变化高达每秒70公里,或大约每小时25万公里(每秒43英里,每小时155344英里),瑞士联邦理工学院的博士生和该研究的合著者乔尔达诺·维瓦尼在声明中解释说:"我们以大约每小时130公里(每秒37米)的典型精度测量了这些变化,在某些情况下精度达到了每小时7公里(每秒2米),这大致是快速行走者的速度,"维瓦尼说。VELOCE团队收集了258颗造父变星的超过18000个高精度径向速度测量数据,揭示了恒星脉动中额外的、意外的变体,以及属于双星系统的一些造父变星,其中两颗恒星相互绕转。

瑞士联邦理工学院的博士后研究员和该研究的合著者亨利卡·内策尔在声明中说:"这表明在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,或可能通过星震学确定造父变星结构的额外(非径向)脉动信号。"因此,这些新数据将帮助天文学家解开观测脉动造父变星的复杂性,并理解在恒星亮度中观察到的变化是它们各自结构的结果,还是由与伴星的潜在相互作用引起的,这些伴星偶尔会遮挡它们恒星伙伴的光。

"这个数据集将作为锚点,将不同望远镜随时间的造父变星观测联系起来,并希望激励该领域的进一步研究,"安德森在声明中说。