银河系远端发现多颗“造父变星”

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变星(variable star)，狭义上是指亮度有显著起伏变化的恒星。一些恒星在光学波段的物理条件和光学波段以外的电磁辐射有变化，这种恒星现在也称变星，如光谱变星、磁变星、红外变星、X射线新星等。

天文学上把那些亮度时常变化的恒星称作变星。已发现的变星有2万多颗，著名的造父变星、新星、超新星等都属于变星。按光变的起源和特征，可将变星划分为3大类：食变星、脉冲星和爆发星。食变星是双星系统中的一个子星。当从地球上看去，该子星是在其伴星之前通过时，部分地屏遮住伴星的光；而伴星在该子星之前通过时，又部分地屏遮住该子星的光。每当上述情况发生时，双星系统的亮度会出现起伏。双星大陵五可能是最具有代表性的一个食变星。大陵五的西语名称是algol，意为闪烁之魔。另外两种类型的变星和食变星不同。它们都是自身变光的变星。也就是说，它们发出的辐射能随时间而改变。脉冲变星是自身周期地膨胀和收缩，致使它们的亮度和大小都有脉动。造父变星和天琴RR星是脉动变星的两种典型代表。爆发变星中包括新星、超新星等。突然爆发出辐射能的变星。亮度的突然增大只持续很短时间，随后又缓慢变暗。

天文学家在银河系远端发现5颗造父变星。图片来源：美国宇航局

　　哈勃太空望远镜拍摄的照片能捕捉到大量的遥远星系，但有一个星系，人们却从未从外部看到过，那就是银河系。因此，没有人知道银河系的精确大小和形状。在首个螺旋星系被发现100多年后，天文学家才终于确认人类居住的星系也是螺旋形的，又经过更漫长时间，他们才推断出人类生活在棒旋星云中。棒旋星云明亮的核心区是细长型的。

　　现在，观察者首次在银河系远端发现了5颗恒星，这是一个壮举，因为这将有助于解释银河系未知领域的秘密。“这是经典天文学迷人的一部分。”未参与该研究的美国加州大学伯克利分校天文学家Leo Blitz说。

　　来自南非和日本的研究人员在银河系磁盘对面发现了5颗被称为造父变星的闪亮恒星，它们距离地球7.2万~9.9万光年。所有5颗恒星均位于银河系中心后方，银河系中心位于射手座范围内，距离地球约2.7万光年。

　　造父变星是一类高光度周期性脉动变星，也就是其亮度随时间呈周期性变化，由于根据造父变星周光关系可以确定星团、星系的距离，因此造父变星被誉为“量天尺”。正因为揭示了一个重要数据：天体距离，造父变星带来了许多天文学突破。其中一颗造父变星是一颗黄色的超巨星，与太阳同样温暖，但更明亮。这种恒星会出现周期性脉动、扩展和收缩，因此它的光会出现盈亏变化。

　　就像一只大号共振的低频和低音要甚于喇叭，明亮的大型造父变星脉动时间比暗淡的小型造父变星也要长得多。因此，仅通过测量造父变星的脉动周期就能揭示这颗恒星发射出的光线。将这种光度和造父变星的亮度进行比较，就能知道它与地球的距离——恒星越远，看上去就越模糊。

　　这些造父变星的最初位置暗示它们来自附近的人马矮星系，银河系的重力正在分裂这里。“我们非常惊讶地发现这些(恒星)没有出现相应的速度。”南非开普敦大学天文学家Michael Feast说。

　　使用南非大型望远镜(SALT)的天文学家在红外波长范围测量了这些恒星的多普勒频移——它能穿透银河系磁盘的尘埃。来源于多普勒频移的速度暗示，所有5颗造父变星均属于银河系。天文学家将研究成果发表于近日出版的《自然》杂志。

　　这些恒星均位于银道面上下，并且距离该面较远。天球上沿着银河画出的一个大圆称为银道，而银道所在的主平面就是银道面。恒星、尘埃云及气体等银河系成员，绝大部分都对称地分布在这个平面的两侧。

　　另外，造父变星通常都比较年轻——诞生于约1.3亿年前，而年轻的恒星通常居住在距银道面数百光年的范围内。而这5颗遥远的造父变星距离银道面2900~6800光年，这表明银河系远端的恒星磁盘在向外扩张，就像喇叭的广角端。

　　该发现很有意义，因为制造年轻恒星的星际气体在银河系的边缘向外扩展。“看到这些年轻星体的存在方式很令人激动。”未参与该研究的哈佛大学史密森天体物理学研究中心的Thomas Dame说。Dame致力于使用来自分子气体的无线电波绘制当气体诞生新恒星时的旋臂图像。“我们知道的银河系螺旋结构信息，有90%来自我们这一侧。我们对另一侧的情况知之甚少。”他说。

　　2011年，Dame及其同事Patrick Thaddeus追踪了盾牌座—半人马座的一个大型螺旋臂，它穿过了银河系远端。研究人员发现，这条旋臂上升到银道面以上数千光年外。但不幸的是，与造父变星不同，这些无线电观测产生的是粗糙的距离结果，并且Dame表示，他们绘制成的旋臂图谱可能跟哥伦布时代使用的导航器一样有缺陷。

　　他还注意到，其中3颗造父变星有相似的位置，这表明它们位于盾牌座—半人马座的强大旋臂上;但它们的距离使其超越在图谱上的位置，因此盾牌座—半人马座旋臂的位置可能比之前预期的更远。一颗造父变星甚至在恒星磁盘边缘外闪烁，这暗示银河系的远端存在另一个遥远的螺旋特征。

　　要解决这些问题需要什么?更多的造父变星。Feast哀叹道，“5颗造父变星少得可怜。”但他指出，他们的新发现“提供了大调查的可能性，尤其是在红外线范围内，这将出现更多的恒星，以便人们实际研究银河系的结构”。在下一个10年，人们将对自己居住的星系有更进一步的认识。

发现史：


大约在1600年前后，第一次发现某些恒星光度会改变。在西元1572年以及1604年，都有超新星在天空中出现；在1592年，大卫·法巴雷克斯(David Fabricius)发现鲸鱼座ο星有周期性的消失现象，之后这颗星被称为米拉(Mira，拉丁字，意思是"不可思议的恒星")。这些发现都证明了恒星的世界，不像亚里士多德和一些古代的哲学家所说的，不是永恒不变的。在这种环境下，变星的发现导致了16与17世纪初期"天文学的革命"。 在1786年，已经知道有12颗恒星是变星，大陵五变星早在1669年就被蒙坦雷(Geminiano Montanari)发现；从1850年起，直到1784年古德列克（John Goodricke ）首先发现其变化特性。1850年后变星被发现的数量迅速的增加，尤其是在1890年摄影术被应用在变星发现上之后。在变星总表(General Catalogue of Variable Stars，2003年)中，我们银河系中的变星数目已经接近40,000颗，在其他星系中的也有10,000颗，甚至超过10,000颗被“怀疑”是变星。






造父变星的光变周期与光度之间的一种关系。概括地说就是造父变星的光变
周期越长，其光度也越大。这种关系是美国哈佛大学天文台勒维特在研究小
麦哲伦云的25个造父变星时发现的，用的是光变周期和视星等的数据。这些
造父变星都位于同一个星系内，可以认为它们同地球有大致相等的距离，所
以周期和视星等的关系就反映了周期和绝对星等的关系。后来的研究表明属
于不同星族的变星，其周光关系也不相同：
星族I： Mp = -1.80 - 1.741 lg P,
星族II： Mp = -0.35 - 1.75 lg P.
上式中Mp为光度极大和极小时的绝对星等的平均值，P为已天为单位的光变周
期。
周光关系的重要性在于，只要发现造父变星，便可以确定该星及该星所在的
恒星集团的距离。这是因为利用周光关系可以从光变周期P推算绝对星等M，
而视星等m则可直接测量，于是距离r便可由公式
lg r = (m - M + 5 - A) / 5
算得，上式中A为星际消光对视星等的影响。周光关系既简单又精确，因此它
是测定银河系内一些恒星集团的距离和邻近的河外星系距离的重要方法。            
有不少恒星，亮度会随时间变化，它们被称为变星。

变星光变的原因，一种是双星的两颗子星相互掩食，称为食变星（即食双星）。

食变星的一个最有名的例子是英仙星座的大陵五星。它的光变在300多年前已经被发现。它离开我们106光年，光变周期等于2.9天。食变星的光变周期，也就是伴星绕主星转动的轨道周期。

在更多的情况下，变星的光变是出于内在原因，称为内因变星。内因变星，又可按光变的性质分为脉动变星和新星、超新星等。