标准烛光艺术图。中国科学院国家天文台供图

6月20日，《自然-天文》在线发表了中国科学院国家天文台副研究员陈孝钿领衔完成的一项重要成果。科研团队发现双周期的天琴座RR型变星是最好的标准烛光，利用它的两个周期测量星系距离不再需要元素丰度信息，从而实现了星系批量高精度测距。

据介绍，测量星系的距离通常需要使用“量天尺”，即标准烛光。标准烛光就像一盏已知功率的灯，其内在亮度一致，离它越远，就会感觉它越暗。人们观测到标准烛光的亮度随距离的平方降低。恒星中有两种常用的标准烛光：年轻的造父变星和年老的天琴座RR型变星。它们的内在亮度分别是太阳的上万倍和100倍。

那么，人们是如何知道这两类恒星内在亮度的？这两类恒星的亮度随时间周期性变化，并且周期与内在亮度之间存在着线性的周光关系。利用周光关系，可以得到这两类恒星的内在亮度，然后通过比较内在亮度与观测亮度计算出距离。

使用这种方法可以得到一个误差为5%~10%的天体距离，如果想得到更准确的距离，则需要判断标准烛光是否足够标准。天文学家发现，恒星的内在亮度受元素丰度的影响，也就是说，拥有不同重元素的恒星具有不同的内在亮度。

因此，当天文学家想继续减少天体距离的误差时，就需要测量这些标准烛光的元素丰度。但元素丰度的测量成本较高，需要依靠光谱测量进行。我国的郭守敬望远镜已经获得了数千万条光谱，是世界上最大的光谱库之一。然而，利用光谱测量的天体仍然只是冰山一角。目前只有不到5个河外天体的距离误差小于2%。

此次研究中，科研团队利用郭守敬望远镜等数据，首次发现了双周期天琴座RR型变星的多个周期与金属丰度之间的线性关系，进而建立了双周期天琴座RR型变星的周光关系。基于该周光关系，星系的距离误差可以优化到1%~2%。

我国空间站巡天望远镜将在未来两年内升空，它将能发现近百个近邻星系中的双周期天琴座RR型变星。利用该成果，高距离精度的星系样本将扩大20倍。届时，科研人员有望看到一幅精细的本星系群的三维直观图像，并能得到一个误差在1%的哈勃常数。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41550-023-02011-y

（原载于《中国科学报》 2023-06-21 第1版 要闻）