科学家通过音乐来精确测量恒星与地球的距离

拓牛李强

盖亚卫星打开了一扇通向近宇宙的窗口，提供了近20亿颗恒星的天文测量数据。信用:欧空局

（）据洛桑联邦理工学院（萨拉·佩林）：一组天文学家已经使用星震学，或恒星振荡的研究，来精确测量恒星与地球的距离。他们的研究检查了数以千计的恒星，并检查了在盖亚任务期间进行的测量，以研究近宇宙。

对我们大多数人来说，夜空中无数的亮点似乎都是星星。但事实上，其中一些点实际上是行星，或遥远的太阳，甚至是位于数十亿光年之外的整个星系。你在看什么取决于它离地球有多远。这就是为什么测量到天体的精确距离是天文学家如此重要的目标——也是他们目前面临的最大挑战之一。

正是考虑到这一点，欧洲航天局(ESA)在10年前启动了Gaia任务。盖亚卫星收集的数据打开了一扇通往近宇宙的窗口，提供了近20亿颗恒星的天文测量数据，如位置、与地球的距离和运动。

在EPFL，由理查德·安德森教授领导的标准烛光和距离研究小组旨在测量宇宙当前的膨胀，并将盖亚视为一个有价值的工具。“盖亚增加了10，000倍的恒星数量，这些恒星的视差被测量，这要归功于其前身欧空局Hipparcos任务在精确度上的巨大提高，”他说。

今天，科学家使用视差来计算到恒星的距离。这种方法包括在卫星的帮助下，通过Gaia在太空中的位置、太阳和相关恒星之间的三角测量来测量视差角。恒星离得越远，测量就越困难，因为距离越大，视差就越小。



科学家使用视差来计算到恒星的距离。信用:欧空局

尽管盖亚取得了巨大的成功，视差的测量仍然是复杂的，为了让盖亚视差发挥出最大的潜力，仍然有一些小的系统效应需要检查和修正。这就是来自EPFL和意大利博洛尼亚大学的科学家们通过对12000多颗振荡红巨星进行计算所做的工作，这是迄今为止最大的样本量和最精确的测量。

“我们通过比较卫星报告的视差和我们使用星震学确定的相同恒星的视差来测量盖亚偏差，”安德森研究小组的科学家，发表在《天文学与天体物理学》上的一项研究的主要作者Saniya Khan说。

恒星地震

就像地质学家利用地震研究地球结构一样，天文学家利用星震学，特别是恒星的振动和振荡，来收集关于它们物理性质的信息。恒星振荡被测量为光强度的微小变化，并被转化为声波，产生了这些振荡的频谱。

“频谱让我们确定一颗恒星有多远，使我们能够获得星震视差，”汗说。“在我们的研究中，我们聆听了大量恒星的‘音乐’——其中一些位于15000光年之外。”



艺术家的观点说明了单个声波如何在像太阳这样的恒星内部传播。一些沿着表层传播，而另一些则直接穿过恒星的中心。信用:欧空局

为了将声音转化为距离测量，研究小组从一个简单的事实开始。声波在太空中传播的速度取决于恒星内部的温度和密度。

“通过分析恒星振荡的频谱，我们可以估计恒星的大小，就像你可以通过它发出的声音来识别乐器的大小一样——想想小提琴和大提琴之间的音高差异，”博洛尼亚大学物理和天文学系的正教授、该研究的第三作者安德烈·米格利奥说。

复杂的分析

这样计算出一颗恒星的大小后，天文学家就确定了它的光度，并将这个数字与地球上观测到的光度进行比较。他们将这些信息与从光谱学获得的温度和化学成分读数结合起来，并通过复杂的分析运行这些数据，以计算到恒星的距离。最后，天文学家将这个过程中获得的视差与盖亚报告的视差进行了比较，以检查卫星测量的准确性。

安德森说:“星震学是我们在整个天空中检查盖亚视差准确性的唯一方法——也就是说，对低强度和高强度恒星都是如此。”

该领域的未来是光明的，正如Khan概述的那样，“即将到来的旨在探测和调查系外行星的TESS和PLATO等太空任务将采用星震学，并在越来越大的天空区域提供所需的数据集。因此，类似于我们的方法将在改进盖亚的视差测量中发挥至关重要的作用，这将帮助我们精确定位我们在宇宙中的位置，并使天文学和天体物理学的众多子领域受益。”