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天琴座RR型变星

此条目介绍的是变星类型。关于此类型的原型，请见“天琴座RR”。

天琴座RR型变星（英语：RR Lyrae variables）是周期变星，通常在球状星团中发现，因此也称为星团变星。它被用做测量星系距离的标准烛光，是宇宙距离尺度阶梯的一部分。这类变星是以其原型，也是最亮的例子，天琴座RR命名。

天琴座RR型变星在颜色-星等的赫罗图图上坐落在一个特定区域上。

天琴座RR型变星是脉动的水平分支恒星，光谱类型为A或F，质量约为太阳的一半。它们原本的质量与太阳相似，大约是0.8太阳质量的恒星，在经历红巨星分支阶段时甩掉了部分的质量。

在现代天文学中，周期-光度关系使它们成为合适的标准烛光，可以量测相对较近，特别是银河系和本星系群内天体的距离。他们也是研究球状星团和老年恒星化学（和量子力学）性质的常见课题。

发现和识别

 
球状星团M5的赫罗图。水平分支标记为黄色，已知的天琴座RR型变星标记为绿色。

在对球状星团的调查中，特别是爱德华·皮克林的调查，这些"星团类型"的变星在1890年代中期被迅速识别出来。在星团外发现并被确认的第一颗天琴座RR型变星，可能是雅各布斯·卡普坦在1890年发现的天兔座U。原型恒星的天琴座RR在1899年之前就被威廉敏娜·弗莱明检出，皮克林在1990年的报告中指出，"它与星团类型的变星无法区分"。

从1950年至1930年，由于其周期较短、化学性质差异、与在星系中不同的位置，这一类型越来越被接受为与经典造父变星不同类的变星。天琴座RR型变星是贫金属的第二星族星[1]

由于天琴座RR型变星本质的光度微弱，很难在银河系以外的星系中观察到。事实上，沃尔特·巴德因为未能在仙女座星系中找到它们，使他怀疑该星系比预测的远得多，而考虑重新校准造父变星，并提出星族的概念[1]。在1980年代，普里切特（Pritchet）和范登伯格（van den Bergh）使用加法夏望远镜才在仙女座星系的晕中发现天琴座RR型变星[2]；最近也在它的球状星团中发现[3]。

分类

S.I.贝利（英语：Solon Irving Bailey）根据天琴座RR型变星的亮度曲线形状，将这种变星分成三种主要的类型[1]：

  • Rrab：是最常见的，亮度急遽上升的典型天琴座RR型变星，占所有观察到的91%。
  • RRc：不太常见，周期较短，光变曲线更接近正弦，占观察到的9%
  • RRd：非常罕见，占比小于1%[4]，并且其中30%与RRab和RRc不同，是双模脉冲星。

分布

天琴座RR型变星因为与球状星团有很强（但不是唯一）的关联性，所以早先被称为"星团变星"；相较之下，在球状星团中已知的变星有80%是天琴座RR型变星[5]。天琴座RR型变星在星系所有的纬度上都能被发现，相对于经典造父变星只与星系的盘面相关联。

有时，许多的天琴座RR型变星会与造父变星结合在一起；在1980年代，在球状星团中大约已经发现1,900颗。有些估计认为在银河系中大约有8,500颗[1]。

虽然，联星在恒星中很常见，但很少观测到成对的天琴座RR型变星[6]。

性质

天琴座RR型变星的脉动方式类似于造父变星，但这两类恒星的性质和历史被认为相当不同。像所有在造父不稳定带上的变星，当电离氦的明度随温度变化时，脉动是由Κ机制引起的。

天琴座RR型变星是老年、相对质量较低、第二星族星，通常与第二型造父变星，室女座W型变星和武仙座BL型变星（英语：BL Herculis variable）一起；经典造父变星是高质量的第一星族星。天琴座RR型变星比造父变星更为常见，但发光程度低很多。天琴座RR型变星的平均绝对星等大约是 +0.75等，只比我们的太阳亮40或50倍[7]。它们的周期短，通常不到一天，有些只有7小时左右。一些天琴座RRab型变星，包括天琴座RR本身，呈现出伯拉兹科效应，在其中有一个明显的相位和振幅的调制[8]。

周期-亮度关系

不同于造父变星，天琴座RR型变星在可见光的波长上并不严格的遵循周期-光度关系，然而在红外线的K波段却很严谨[9]。它们通常使用周期-颜色关系进行分析，例如使用Wesenheit函数。通过这种方法，尽管在金属量、微弱性、和综合性的影响尚存在着困惑，但它们依然可以做为测量距离的标准烛光。综合的效果会影响到在球状星团核心附近采样的天琴座RR型变星，因为球状星团的恒星密度相当大，以至于在低分辨率的观测中，多颗（未解析）的恒星可能会被显示为单颗的目标。因此，那些看似单独的恒星（例如，天琴座RR型变星），因为那些未被解析出的恒星，而错误的被测量得过于明亮。因此而计算出来的距离会是错误的。有些研究人员认为，综合效应可能会给宇宙距离阶梯带来系统性的不确定性，并可能影响到估计宇宙年龄的哈伯常数[10][11][12]。

最近的发展

哈伯太空望远镜已经确定了仙女座星系的球状星团中，有几颗疑似天琴座RR型变星的候选者[13]，并且测量了原型星，天琴座RR的距离[14]。

天琴座RR本身就在开普勒太空望远镜的视野范围内。因此，开普勒太空望远镜扩大了覆盖的范围，并提供了准确的光度测量[15]。

盖亚任务预计将通过提供大量此类恒星的均质光谱资讯，大大提高对天琴座RR型变星的了解[16]。

相关条目

参考资料

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 Smith, Horace A., RR Lyrae Stars, Cambridge (2004)
  2. ^ Pritchet, Christopher J.; Van Den Bergh, Sidney. Observations of RR Lyrae stars in the halo of M31. Astrophysical Journal. 1987, 316: 517. Bibcode:1987ApJ...316..517P. doi:10.1086/165223. 
  3. ^ Clementini, G.; Federici, L.; Corsi, C.; Cacciari, C.; Bellazzini, M.; Smith, H. A. RR Lyrae Variables in the Globular Clusters of M31: A First Detection of Likely Candidates. The Astrophysical Journal. 2001, 559 (2): L109. Bibcode:2001ApJ...559L.109C. arXiv:astro-ph/0108418  . doi:10.1086/323973. 
  4. ^ Christensen-Dalsgaard, J.; Balona, L. A.; Garrido, R.; Suárez, J.C. Stellar Pulsations: Impact of New Instrumentation and New Insights. Astrophysics and Space Science Proceedings. Oct 20, 2012 [2021-05-16]. ISBN 978-3-642-29630-7. （原始内容存档于2021-05-24）. 
  5. ^ Clement, Christine M.; Muzzin, Adam; Dufton, Quentin; Ponnampalam, Thivya; Wang, John; Burford, Jay; Richardson, Alan; Rosebery, Tara; Rowe, Jason; Hogg, Helen Sawyer. Variable Stars in Galactic Globular Clusters. The Astronomical Journal. 2001, 122 (5): 2587. Bibcode:2001AJ....122.2587C. arXiv:astro-ph/0108024  . doi:10.1086/323719. 
  6. ^ Hajdu, G.; Catelan, M.; Jurcsik, J.; Dékány, I.; Drake, A.J.; Marquette, B. New RR Lyrae variables in binary systems. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2015, 449 (1): L113–L117. Bibcode:2015MNRAS.449L.113H. arXiv:1502.01318  . doi:10.1093/mnrasl/slv024. 
  7. ^ Layden, A. C.; Hanson, Robert B.; Hawley, Suzanne L.; Klemola, Arnold R.; Hanley, Christopher J. The Absolute Magnitude and Kinematics of RR Lyrae Stars via Statistical Parallax. Astron. J. August 1996, 112: 2110–2131. Bibcode:1996AJ....112.2110L. arXiv:astro-ph/9608108  . doi:10.1086/118167. 
  8. ^ Szabó, R.; Kolláth, Z.; Molnár, L.; Kolenberg, K.; Kurtz, D. W.; Bryson, S. T.; Benkő, J. M.; Christensen-Dalsgaard, J.; Kjeldsen, H.; Borucki, W. J.; Koch, D.; Twicken, J. D.; Chadid, M.; Di Criscienzo, M.; Jeon, Y.-B.; Moskalik, P.; Nemec, J. M.; Nuspl, J. Does Kepler unveil the mystery of the Blazhko effect? First detection of period doubling in Kepler Blazhko RR Lyrae stars. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2010, 409 (3): 1244. Bibcode:2010MNRAS.409.1244S. arXiv:1007.3404  . doi:10.1111/j.1365-2966.2010.17386.x. 
  9. ^ Catelan, M.; Pritzl, Barton J.; Smith, Horace A. The RR Lyrae Period-Luminosity Relation. I. Theoretical Calibration. The Astrophysical Journal Supplement Series. 2004, 154 (2): 633. Bibcode:2004ApJS..154..633C. arXiv:astro-ph/0406067  . doi:10.1086/422916. 
  10. ^ Majaess, D.; Turner, D.; Gieren, W.; Lane, D. The Impact of Contaminated RR Lyrae/Globular Cluster Photometry on the Distance Scale. The Astrophysical Journal Letters. 2012, 752: L10. Bibcode:2012ApJ...752L..10M. arXiv:1205.0255  . doi:10.1088/2041-8205/752/1/L10. 
  11. ^ Lee, Jae-Woo; López-Morales, Mercedes; Hong, Kyeongsoo; Kang, Young-Woon; Pohl, Brian L.; Walker, Alistair. Toward a Better Understanding of the Distance Scale from RR Lyrae Variable Stars: A Case Study for the Inner Halo Globular Cluster NGC 6723. The Astrophysical Journal Supplement. 2014, 210: 6. Bibcode:2014ApJS..210....6L. arXiv:1311.2054  . doi:10.1088/0067-0049/210/1/6. 
  12. ^ Neeley, J. R.; Marengo, M.; Bono, G.; Braga, V. F.; Dall'Ora, M.; Stetson, P. B.; Buonanno, R.; Ferraro, I.; Freedman, W. L.; Iannicola, G.; Madore, B. F.; Matsunaga, N.; Monson, A.; Persson, S. E.; Scowcroft, V.; Seibert, M. On the Distance of the Globular Cluster M4 (NGC 6121) Using RR Lyrae Stars. II. Mid-infrared Period-luminosity Relations. The Astrophysical Journal. 2015, 808: 11. Bibcode:2015ApJ...808...11N. arXiv:1505.07858  . doi:10.1088/0004-637X/808/1/11. 
  13. ^ Clementini, G.; Federici, L.; Corsi, C.; Cacciari, C.; Bellazzini, M.; Smith, H. A. RR Lyrae Variables in the Globular Clusters of M31: A First Detection of Likely Candidates. The Astrophysical Journal. 2001, 559 (2): L109. Bibcode:2001ApJ...559L.109C. arXiv:astro-ph/0108418  . doi:10.1086/323973. 
  14. ^ Benedict, G. Fritz; et al. Astrometry with the Hubble Space Telescope: A Parallax of the Fundamental Distance Calibrator RR Lyrae. The Astronomical Journal. January 2002, 123 (1): 473–484. Bibcode:2002AJ....123..473B. arXiv:astro-ph/0110271  . doi:10.1086/338087. 
  15. ^ Kinemuchi, Karen. RR Lyrae Research with the Kepler Mission. RR Lyrae Stars. 2011: 74. Bibcode:2011rrls.conf...74K. arXiv:1107.0297  . 
  16. ^ Bono, G. The Cepheid and RR Lyrae instability strip with GAIA. GAIA Spectroscopy: Science and Technology. 2003, 298: 245. Bibcode:2003ASPC..298..245B. 

外部链接

延伸阅读

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