更精确的测量工作重新定义仙王座恒星的脉动模式和双星系统动力学
更精确的测量工作重新定义仙王座恒星的脉动模式和双星系统动力学
仙王座（Cepheid）变星是一种重要的脉动恒星，其亮度变化周期与绝对亮度密切相关，因此被天文学家用作测量宇宙距离的"标准烛光"。近日，欧洲大型研究项目VELOCE发布了对258颗仙王座变星的观测结果，这些结果基于18000多次高精度径向速度测量，为理解这些恒星的内部结构和演化过程提供了新的线索。
RS Puppis 是最亮的仙王座变星之一，在六周的周期内有节奏地变亮和变暗。资料来源：美国国家航空航天局、欧洲航天局、哈勃遗产小组（STScI/AURA）-哈勃/欧洲合作组织
尽管仙王座变星在天文学研究中占据重要地位，但其复杂的脉动模式和潜在的双星系统相互作用，使得准确测量极具挑战性。多年来，不同仪器和方法导致的数据不一致性，进一步增加了研究难度。
EPFL的天体物理学家理查德-安德森（Richard I. Anderson）指出："通过高精度径向速度测量追踪仙王座变星的脉动，可以揭示这些恒星的内部结构及其演化历程。径向速度测量对于实现精确的太空亮度测量至关重要，但由于成本高昂且高质量数据稀缺，这一领域长期面临挑战。"
安德森领导的VELOCE项目历时12年（2010-2022），通过先进的光谱仪收集了258颗仙王座变星的18000多个高精度径向速度测量数据。该项目由洛桑联邦理工学院、日内瓦大学和鲁汶大学合作完成，基于智利瑞士欧拉望远镜和拉帕尔马佛兰德墨卡托望远镜的观测数据。
VELOCE项目的研究人员使用了两台高分辨率分光仪：北半球的HERMES和南半球的CORALIE。这些仪器能够探测到仙王座星光的微小变化，从而揭示恒星的运动。通过先进的技术手段，研究人员确保了测量结果的稳定性和准确性，对任何仪器漂移和大气变化进行了校正。
VELOCE观测以前所未有的精确度追踪仙王座恒星的膨胀和收缩。左图：观测到的仙王座原型Delta Cephei星因脉动而改变波长的光谱。右图：由VELOCE测得的径向速度曲线，并用星形符号显示了恒星的变异大小（不按比例）。资料来源：R.I. Anderson（EPFL）
VELOCE项目揭示了一些令人惊讶的发现。例如，项目数据提供了迄今为止最详细的赫兹普隆级数（Hertzsprung progression）模式，显示了以前未知的双峰凸起。这些发现将有助于更好地理解仙王星的内部结构。
研究小组还发现，一些仙王座变星表现出复杂的调制变异性，其径向速度变化无法用简单的脉动模式解释。这种复杂性可能源于恒星内部不同层次之间的相互作用，或额外的非径向脉动信号。这些发现为通过星震学（asteroseismology）研究仙王座变星的内部结构提供了新途径。
此外，研究还确认了77颗属于双星系统的仙王座变星，并发现了14颗候选恒星。这些发现加深了我们对仙王座变星演化和相互作用的理解。
安德森总结道："了解仙王座变星的性质和物理原理至关重要，这不仅有助于揭示恒星演化过程，还因为它们是测量宇宙距离和膨胀率的关键工具。VELOCE项目的数据为欧空局盖亚（Gaia）任务的类似测量提供了重要参考，后者计划进行最大规模的仙王座径向速度测量。"
这项研究的详细成果已在多篇科学论文中发表，其中一些论文正在出版中。