并不标准的宇宙学标准烛光
Whitney Clavin
译自NASA，2011年1月12日
加州帕萨迪那讯——天文学家第一次得到了直接证据，说明用于测量宇宙尺度的标准烛光——造父变星质量会发生减少，这意味着它们并不是之前认为的那样标准。这一发现是利用NASA的斯皮策空间望远镜完成的，将帮助天文学家更精确地测量宇宙的尺度、年龄以及膨胀速率。
标准烛光是构筑用于测量愈发遥远距离的宇宙距离阶梯的梯级天体。阶梯的第一级又名为造父变星的脉动恒星组成，简称为造父。测量这些恒星与地球的距离对于精确测量更加遥远的天体距离来说至关重要。每一级阶梯都取决于上一级，因此如果没有对造父变星的精确测量，整个宇宙距离阶梯都会乱成一团。
这张图片说明了NASA的斯皮策空间望远镜是如何确定出用于宇宙距离的“标准烛光”发生缩水的。这一发现影响了对宇宙年龄，尺度以及膨胀速率的测量。大图与说明文字请点击（图片提供：NASA/JPL-Caltech/Iowa State）
现在，来自斯皮策空间望远镜的新观测说明，为了保证这一阶梯的可靠性，需要更加仔细地关注造父变星。这架望远镜对某一颗造父变星的红外观测第一次给出直接证据说明，这些恒星可以损失质量，或者本质上来说会收缩。这会影响对它们距离的测量。
最近刊登在《天文学杂志》上一篇研究论文的第一作者、来自艾奥瓦州艾姆斯（Ames）市艾奥瓦州立大学的马西莫·马伦戈（Massimo Marengo）说：“我们说明这些特殊的标准烛光天体质量会因为星风而缓慢减少。当使用造父变星作为标准烛光时，我们必须格外小心，原因是与真正的蜡烛一样，它们在燃烧时会消耗自己的物质。”
被研究的恒星是仙王座Delta即造父一，正是造父变星这类天体的名称来源。它是1784年在仙王座（意为国王）中被发现的。中年期的中等质量恒星可以变为造父变星，取决于亮度，它们会规则脉动。这一独特的特性可以让天文学家测量造父变星的脉动，然后确定它的本征光度（换句话说，也就是在它旁边测量到的亮度）。通过测量恒星在天空中的亮度，并将其与本征光度比较，就可以确定出它的距离了。
天文学家埃德温·哈勃在1924年进行了著名的计算，这项工作揭示出我们的星系只是辽阔的宇宙海洋中的一员。造父变星还帮助人们发现宇宙正在膨胀，而且其中的星系正彼此分离。
从那以后，造父变星就成了宇宙距离阶梯上可靠的一级，但是关于这种标准烛光天体的谜题仍旧存在。其中一个问题就是它们是否会损失质量。造父变星的星风可以带走大量的气体和尘埃，在恒星周围形成尘埃包层，这会影响它的亮度。因此这也会影响对其距离的计算。先前的研究暗示过质量损失的存在，不过需要更多的直接证据来证实。
马伦戈及其同事使用斯皮策望远镜的红外观测能力研究了造父一周围的尘埃。这颗恒星正以高速在宇宙中穿行，在前方将星际气体和尘埃挤压成了一道弓激波。对于科学家来说幸运的是，附近一颗伴星恰好照亮了这一区域，让弓激波可以更容易地被观测到。通过研究激波的尺度和结构，小组证实有大片强烈的星风正在推动星际气体和尘埃。另外小组还计算出，星风强度是太阳风的100万倍。这说明造父一的质量已经略有减少。
同一小组使用斯皮策望远镜对其他造父变星进行的后续观测说明，其他被测造父变星中至少有25%也有质量损失。
加拿大西安大略（Western Ontario）大学的波林·巴姆比（Pauline Barmby）说：“如果你最开始不能使用最精确的造父变星测量，宇宙学中的一切都会乱套。这一发现将让我们更好地了解这类恒星，并且将其作为更精确的距离指针使用。”巴姆比是1月6日《天文学杂志》在线发表的造父变星后续研究相关论文的第一作者。
这项研究的其他作者包括来自马萨诸塞州剑桥（Cambridge）市哈佛-史密松天体物理中心的N·R·埃文斯（N. R. Evans）与、来自哈佛-史密松天体物理中心和威斯特福德（Westford）市麻省理工学院海斯太克（Haystack）天文台的L·D·马修斯（L. D. Matthews）、来自意大利罗马大学与INAF-罗马天文台的G·波诺（G. Bono）、来自加拿大安大略（Ontario）市麦克马斯特（McMaster）大学的D·L·韦尔奇（D. L. Welch）、来自德国加兴（Garching）市欧洲南方天文台的M·罗曼尼洛（M. Romaniello）、来自哈佛-史密松天体物理中心与俄亥俄州辛辛那提（Cincinnati）大学的D·许尔斯曼（D. Huelsman），以及来自图森（Tucson）市亚利桑那大学的K·Y·L·苏（K. Y. L. Su）。
斯皮策望远镜的观测是在2009年5月耗尽液体冷却剂并开始热任务之前完成的。
NASA设在加州帕萨迪那（Pasadena）的喷气推进实验室为NASA设在华盛顿的科学任务理事会管理着斯皮策空间望远镜。科研运转由同样位于帕萨迪那的加州理工学院斯皮策科学中心完成。加州理工学院为NASA管理着JPL。更多关于斯皮策望远镜的信息请访问http://spitzer.caltech.edu/与http://www.nasa.gov/spitzer。
