北京师范大学天文与天体物理前沿科学研究所团队近期在恒星物理研究方向取得重要进展。该团队利用LAMOST和SDSS数据，首次发现了天琴座RR型变星（RR Lyr）的多个周期与金属丰度之间的线性关系，从而建立了多周期天琴座RR型变星的量天尺。基于该量天尺，星系的距离误差可以优化到1-2%。研究成果于2023年6月20日在线发表于国际学术期刊《自然天文》。北京师范大学天文与天体物理前沿科学研究所双聘研究员陈孝钿为论文第一作者和通讯作者。
天琴座RR型变星是一类年老的脉动变星，光度约为太阳的100倍。在相同的金属丰度下，其脉动周期与光度之间存在着紧密的周光关系。基于这种关系，天琴座RR型变星可以作为天文的量天尺来测量星系、矮星系或星团的距离。在天琴座RR型变星中，约5%的样本会以多周期脉动。该研究发现这类变星的金属丰度可以用多个周期表征，从而首次建立了不受金属丰度影响的变星量天尺。
图1:（左）天琴座RR型变星多个周期与金属丰度的关系。（右）利用多周期天琴座RR型变星同时测量矮星系或星团的距离和金属丰度。
星系距离的准确性决定了距离阶梯方法测量哈勃常数的准确性。然而，当前星系的距离远远不够精确，只有不到5个星系的距离误差小于2%，最大的瓶颈是缺少变星量天尺的光谱信息。基于六个矮星系和球状星团，该研究论证了多周期天琴座RR型变星这把量天尺可以将星系距离的误差优化到1-2%。这意味着，基于该研究的方法可以在不依赖光谱观测的情况下，仅通过测光实现对近邻星系的高精度测距，并将高精度星系的样本增加20倍以上。
图2:本星系群的三维艺术图。
这一原创性成果将对星系和宇宙的距离标尺产生深远影响。当前中国空间站巡天望远镜即将发射，将产出深度测光数据。利用多周期天琴座RR型变星这把量天尺，将可以刻画一张本星系群的三维直观图象，并以此限制和更新哈勃常数。