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

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

尽管仙王座非常重要，但研究仙王座却充满挑战。它们的脉动和与伴星的潜在相互作用产生了复杂的模式，难以准确测量。多年来使用的不同仪器和方法导致数据不一致，使我们对这些恒星的了解更加复杂。

EPFL的天体物理学家理查德-安德森（Richard I. Anderson）说："利用高清测速仪追踪仙王座的脉动，可以让我们深入了解这些恒星的结构以及它们是如何演变的。尤其是对恒星沿视线扩张和收缩速度的测量--即所谓的径向速度--为从太空进行精确亮度测量提供了重要的对应数据。然而，由于径向速度的收集成本高昂，而且很少有仪器能够收集到高质量的径向速度，因此一直迫切需要高质量的径向速度。"

安德森现在带领一个科学家团队，通过"半人马座半径速度项目"（VELOCE）来实现这一目标。"半人马座半径速度项目"是一个大型合作项目，历时12年，在2010年至2022年期间利用先进的光谱仪收集了258颗半人马座径向速度的18000多个高精度测量数据。"这个数据集将作为一个锚，把不同望远镜的仙王座观测数据跨时间地联系起来，希望能激发社区的进一步研究"。

VELOCE 是洛桑联邦理工学院、日内瓦大学和鲁汶大学合作的成果。它以智利的瑞士欧拉望远镜和拉帕尔马的佛兰德墨卡托望远镜的观测数据为基础。安德森在日内瓦大学攻读博士学位期间开始了 VELOCE 项目，在美国和德国担任博士后期间继续开展该项目，现在已在洛桑联邦理工学院完成了该项目。安德森的博士生乔尔达诺-维维亚尼（Giordano Viviani）为 VELOCE 数据的发布发挥了重要作用。

Viviani说："测量结果具有极高的精确度和长期稳定性，这使我们能够对仙王座类天体如何发生脉动有了有趣的新认识。脉动导致视线速度变化高达 70 公里/秒，即大约 25 万公里/小时。我们对这些变化的测量精度通常为 130 千米/小时（37 米/秒），在某些情况下甚至达到 7 千米/小时（2 米/秒），这大致相当于人类快速行走的速度。"

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分光仪，它们可以分离和测量电磁辐射的波长：北半球的HERMES和南半球的CORALIE。除 VELOCE 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。

这两台摄谱仪探测到了仙王座星光的微小变化，表明了它们的移动。研究人员使用了先进的技术来确保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校正。安德森解释说："我们利用多普勒效应测量径向速度。这与警察用来测量你的速度的效果相同，也是你从救护车接近或远离你时的音调变化中了解到的效果。"

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 项目发现了一些有关仙王座恒星的迷人细节。例如，VELOCE 数据提供了迄今为止最详细的赫兹普隆级数--恒星脉动中的一种模式--显示了以前不为人知的双峰凸起，与脉动恒星的理论模型相比，这些数据将为更好地理解仙王座恒星的结构提供线索。

研究小组发现，几颗仙王座恒星的运动表现出复杂的调制变异性。这意味着这些恒星的径向速度变化无法用简单、规律的脉动模式来解释。换句话说，虽然我们预期类仙王座会以可预测的节奏进行脉动，但 VELOCE 数据却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来描述脉动的理论模型并不一致。安德森的博士后亨利卡-内策尔（Henryka Netzel）说："这表明这些恒星内部存在着更复杂的过程，比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，这可能为通过星震学确定仙王座恒星的结构提供了机会。基于 VELOCE 的此类信号的首次探测结果已在一篇论文中进行了报告（论文正在出版中）。"

这项研究还确定了 77 颗属于双星系统（两颗恒星绕着对方运行）的仙王座恒星，并发现了另外 14 颗候选恒星。由安德森的前博士后 Shreeya Shetye 领导的另一篇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了解。Shetye 说："我们发现，大约每三颗仙王座恒星中就有一颗有一个看不见的伴星，我们可以通过多普勒效应来确定它的存在。"

安德森说："了解仙王座的性质和物理原理非常重要，因为它们告诉我们恒星是如何演化的，也因为我们依靠它们来确定距离和宇宙膨胀率。此外，VELOCE 为欧空局盖亚（Gaia）飞行任务的类似但不太精确的测量提供了最好的交叉检验，盖亚飞行任务最终将进行最大规模的仙王座径向速度测量。"

编译自/ScitechDaily