天文學(xué)家在銀河系遠(yuǎn)端發(fā)現(xiàn)5顆造父變星。圖片來源：美國宇航局
哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的照片能捕捉到大量的遙遠(yuǎn)星系，但有一個星系，人們卻從未從外部看到過，那就是銀河系。因此，沒有人知道銀河系的精確大小和形狀。在首個螺旋星系被發(fā)現(xiàn)100多年后，天文學(xué)家才終于確認(rèn)人類居住的星系也是螺旋形的，又經(jīng)過更漫長時間，他們才推斷出人類生活在棒旋星云中。棒旋星云明亮的核心區(qū)是細(xì)長型的。
現(xiàn)在，觀察者首次在銀河系遠(yuǎn)端發(fā)現(xiàn)了5顆恒星，這是一個壯舉，因為這將有助于解釋銀河系未知領(lǐng)域的秘密?！斑@是經(jīng)典天文學(xué)迷人的一部分?！蔽磪⑴c該研究的美國加州大學(xué)伯克利分校天文學(xué)家Leo Blitz說。
來自南非和日本的研究人員在銀河系磁盤對面發(fā)現(xiàn)了5顆被稱為造父變星的閃亮恒星，它們距離地球7.2萬~9.9萬光年。所有5顆恒星均位于銀河系中心后方，銀河系中心位于射手座范圍內(nèi)，距離地球約2.7萬光年。
造父變星是一類高光度周期性脈動變星，也就是其亮度隨時間呈周期性變化，由于根據(jù)造父變星周光關(guān)系可以確定星團(tuán)、星系的距離，因此造父變星被譽(yù)為“量天尺”。正因為揭示了一個重要數(shù)據(jù)：天體距離，造父變星帶來了許多天文學(xué)突破。其中一顆造父變星是一顆黃色的超巨星，與太陽同樣溫暖，但更明亮。這種恒星會出現(xiàn)周期性脈動、擴(kuò)展和收縮，因此它的光會出現(xiàn)盈虧變化。
就像一只大號共振的低頻和低音要甚于喇叭，明亮的大型造父變星脈動時間比暗淡的小型造父變星也要長得多。因此，僅通過測量造父變星的脈動周期就能揭示這顆恒星發(fā)射出的光線。將這種光度和造父變星的亮度進(jìn)行比較，就能知道它與地球的距離——恒星越遠(yuǎn)，看上去就越模糊。
這些造父變星的最初位置暗示它們來自附近的人馬矮星系，銀河系的重力正在分裂這里?！拔覀兎浅ｓ@訝地發(fā)現(xiàn)這些(恒星)沒有出現(xiàn)相應(yīng)的速度?！蹦戏情_普敦大學(xué)天文學(xué)家Michael Feast說。
使用南非大型望遠(yuǎn)鏡(SALT)的天文學(xué)家在紅外波長范圍測量了這些恒星的多普勒頻移——它能穿透銀河系磁盤的塵埃。來源于多普勒頻移的速度暗示，所有5顆造父變星均屬于銀河系。天文學(xué)家將研究成果發(fā)表于近日出版的《自然》雜志。
這些恒星均位于銀道面上下，并且距離該面較遠(yuǎn)。天球上沿著銀河畫出的一個大圓稱為銀道，而銀道所在的主平面就是銀道面。恒星、塵埃云及氣體等銀河系成員，絕大部分都對稱地分布在這個平面的兩側(cè)。
另外，造父變星通常都比較年輕——誕生于約1.3億年前，而年輕的恒星通常居住在距銀道面數(shù)百光年的范圍內(nèi)。而這5顆遙遠(yuǎn)的造父變星距離銀道面2900~6800光年，這表明銀河系遠(yuǎn)端的恒星磁盤在向外擴(kuò)張，就像喇叭的廣角端。
該發(fā)現(xiàn)很有意義，因為制造年輕恒星的星際氣體在銀河系的邊緣向外擴(kuò)展?！翱吹竭@些年輕星體的存在方式很令人激動?！蔽磪⑴c該研究的哈佛大學(xué)史密森天體物理學(xué)研究中心的Thomas Dame說。Dame致力于使用來自分子氣體的無線電波繪制當(dāng)氣體誕生新恒星時的旋臂圖像?！拔覀冎赖你y河系螺旋結(jié)構(gòu)信息，有90%來自我們這一側(cè)。我們對另一側(cè)的情況知之甚少?！彼f。
2011年，Dame及其同事Patrick Thaddeus追蹤了盾牌座—半人馬座的一個大型螺旋臂，它穿過了銀河系遠(yuǎn)端。研究人員發(fā)現(xiàn)，這條旋臂上升到銀道面以上數(shù)千光年外。但不幸的是，與造父變星不同，這些無線電觀測產(chǎn)生的是粗糙的距離結(jié)果，并且Dame表示，他們繪制成的旋臂圖譜可能跟哥倫布時代使用的導(dǎo)航器一樣有缺陷。
他還注意到，其中3顆造父變星有相似的位置，這表明它們位于盾牌座—半人馬座的強(qiáng)大旋臂上;但它們的距離使其超越在圖譜上的位置，因此盾牌座—半人馬座旋臂的位置可能比之前預(yù)期的更遠(yuǎn)。一顆造父變星甚至在恒星磁盤邊緣外閃爍，這暗示銀河系的遠(yuǎn)端存在另一個遙遠(yuǎn)的螺旋特征。
要解決這些問題需要什么?更多的造父變星。Feast哀嘆道，“5顆造父變星少得可憐?！钡赋觯麄兊男掳l(fā)現(xiàn)“提供了大調(diào)查的可能性，尤其是在紅外線范圍內(nèi)，這將出現(xiàn)更多的恒星，以便人們實際研究銀河系的結(jié)構(gòu)”。在下一個10年，人們將對自己居住的星系有更進(jìn)一步的認(rèn)識。
發(fā)現(xiàn)史：
大約在1600年前后，第一次發(fā)現(xiàn)某些恒星光度會改變。在西元1572年以及1604年，都有超新星在天空中出現(xiàn)；在1592年，大衛(wèi)·法巴雷克斯(David Fabricius)發(fā)現(xiàn)鯨魚座ο星有周期性的消失現(xiàn)象，之后這顆星被稱為米拉(Mira，拉丁字，意思是"不可思議的恒星")。這些發(fā)現(xiàn)都證明了恒星的世界，不像亞里士多德和一些古代的哲學(xué)家所說的，不是永恒不變的。在這種環(huán)境下，變星的發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了16與17世紀(jì)初期"天文學(xué)的革命"。 在1786年，已經(jīng)知道有12顆恒星是變星，大陵五變星早在1669年就被蒙坦雷(Geminiano Montanari)發(fā)現(xiàn)；從1850年起，直到1784年古德列克（John Goodricke ）首先發(fā)現(xiàn)其變化特性。1850年后變星被發(fā)現(xiàn)的數(shù)量迅速的增加，尤其是在1890年攝影術(shù)被應(yīng)用在變星發(fā)現(xiàn)上之后。在變星總表(General Catalogue of Variable Stars，2003年)中，我們銀河系中的變星數(shù)目已經(jīng)接近40,000顆，在其他星系中的也有10,000顆，甚至超過10,000顆被“懷疑”是變星。
造父變星的光變周期與光度之間的一種關(guān)系。概括地說就是造父變星的光變
周期越長，其光度也越大。這種關(guān)系是美國哈佛大學(xué)天文臺勒維特在研究小
麥哲倫云的25個造父變星時發(fā)現(xiàn)的，用的是光變周期和視星等的數(shù)據(jù)。這些
造父變星都位于同一個星系內(nèi)，可以認(rèn)為它們同地球有大致相等的距離，所
以周期和視星等的關(guān)系就反映了周期和絕對星等的關(guān)系。后來的研究表明屬
于不同星族的變星，其周光關(guān)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為光度極大和極小時的絕對星等的平均值，P為已天為單位的光變周
期。
周光關(guān)系的重要性在于，只要發(fā)現(xiàn)造父變星，便可以確定該星及該星所在的
恒星集團(tuán)的距離。這是因為利用周光關(guān)系可以從光變周期P推算絕對星等M，
而視星等m則可直接測量，于是距離r便可由公式
lg r = (m - M + 5 - A) / 5
算得，上式中A為星際消光對視星等的影響。周光關(guān)系既簡單又精確，因此它
是測定銀河系內(nèi)一些恒星集團(tuán)的距離和鄰近的河外星系距離的重要方法。
有不少恒星，亮度會隨時間變化，它們被稱為變星。
變星光變的原因，一種是雙星的兩顆子星相互掩食，稱為食變星（即食雙星）。
食變星的一個最有名的例子是英仙星座的大陵五星。它的光變在300多年前已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)。它離開我們106光年，光變周期等于2.9天。食變星的光變周期，也就是伴星繞主星轉(zhuǎn)動的軌道周期。
在更多的情況下，變星的光變是出于內(nèi)在原因，稱為內(nèi)因變星。內(nèi)因變星，又可按光變的性質(zhì)分為脈動變星和新星、超新星等。
