协调宇宙：科学家如何通过星空音乐测量恒星距离

盖亚任务对于绘制近20亿颗恒星的地图至关重要，洛桑联邦理工学院（EPFL）正在利用星震学进行研究。这种创新方法将盖亚的测量结果与星震数据进行比较，以提高天体距离测量的准确性，为天文研究和未来的太空任务做出重大贡献。

一组天文学家使用星震学或恒星振荡研究来准确测量恒星与地球的距离。他们的研究检查了数千颗恒星，并检查了盖亚研究近宇宙任务期间进行的测量。

对于我们大多数人来说，夜空中无数的亮点似乎都是星星。但事实上，其中一些斑点实际上是行星，或遥远的太阳，甚至是位于数十亿光年之外的整个星系。你所看到的取决于它离地球有多远。这就是为什么测量与天体的确切距离是天文学家如此重要的目标，也是他们目前正在应对的最大挑战之一。

盖亚任务贡献

正是考虑到这一点，欧洲航天局（ESA）在十年前启动了盖亚任务。盖亚卫星收集的数据为近宇宙打开了一扇窗，为近20亿颗恒星提供了天文测量，例如位置、与地球的距离和运动。

在洛桑联邦理工学院，由理查德·安德森教授领导的标准蜡烛和距离研究小组旨在测量宇宙当前的膨胀，并将盖亚视为一种有价值的工具。“盖亚增加了10,000倍的恒星数量，其视差被测量，这要归功于其前身欧空局Hipparcos任务的精度大幅提高，”他说。今天，科学家们使用视差来计算与恒星的距离。这种方法涉及在卫星的帮助下，通过盖亚在太空中的位置、太阳和相关恒星之间的三角测量形式来测量视差角度。恒星离得越远，测量就越困难，因为视差越小，距离越大。

优化视差测量
尽管盖亚取得了巨大的成功，但视差的测量是复杂的，并且仍然有一些小的系统效应，必须进行检查和纠正，以使盖亚视差充分发挥其潜力。这是洛桑联邦理工学院（EPFL）和意大利博洛尼亚大学（University of Bologna）的科学家们一直在研究的，他们通过对12,000多颗振荡的红巨星*进行计算，这是迄今为止最大的样本量和最准确的测量结果。

“我们通过将卫星报告的视差与我们使用星震学确定的相同恒星的视差进行比较来测量盖亚偏差，”安德森研究小组的科学家Saniya Khan说，他是今天发表在《天文学与天体物理学》上的一项研究的主要作者。

星震学与恒星地震
就像地质学家使用地震研究地球结构一样，天文学家使用星震学，特别是恒星的振动和振荡来收集有关其物理特性的信息。恒星振荡被测量为光强度的微小变化并转化为声波，从而产生这些振荡的频谱。

分析恒星“音乐”
“频谱使我们能够确定恒星的距离，使我们能够获得星震视差，”Khan说。“在我们的研究中，我们聆听了大量恒星的’音乐’——其中一些恒星在15,000光年之外！”

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。声波在空间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，”博洛尼亚大学物理与天文学系的正教授Andrea Miglio说，该研究的第三作者。

加强天文测量
因此，天文学家计算了一颗恒星的大小，然后确定了它的光度，并将这个数字与地球上感知到的光度进行了比较。他们将这些信息与从光谱学中获得的温度和化学成分读数相结合，并通过复杂的分析来计算这些数据，以计算到恒星的距离。最后，天文学家将在此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。

“星震学是我们检查盖亚在整个天空中的视差精度的唯一方法 – 也就是说，对于低强度和高强度的恒星，”安德森说。正如 Khan 所概述的那样，这个领域的未来是光明的：

“即将到来的太空任务，如TESS和PLATO旨在探测和调查系外行星，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，与我们类似的方法将在改善盖亚的视差测量方面发挥至关重要的作用，这将有助于我们确定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。