在看科普讀物或天文圖像時，經(jīng)常有人說，什么星系離我們有多遠(yuǎn)，幾光年遠(yuǎn)的地方又在發(fā)生什么奇異的天文現(xiàn)象，宇宙正在加速膨脹。

但是大家有沒有想過，這個距離是怎么知道的呢？難道真有尺子可以測量出來？哎，還別說，宇宙中還真有這樣的“量天尺”。且聽我慢慢道來。

仙女座星系

宇宙加速膨脹

時間回到20世紀(jì)初，美國天文學(xué)家勒維特在小麥哲倫星云中發(fā)現(xiàn)了二十五顆奇怪的星星：它們的亮度呈周期性的變化，且周期越長，亮度越大。由于小麥哲倫星云相對較小，且位于銀河系以外，距離我們十分遙遠(yuǎn)，因此，可以認(rèn)為這二十五顆變星與我們的距離是相同的。這是一個十分驚人的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)檫@意味著這是一類在宇宙中普遍存在的亮度與周期長度存在確定關(guān)系的天體。因此，理論上講，只要找到此類星體，測得該星體亮度變化的周期長度，就可以通過該星體的觀測亮度得知其與我們的實(shí)際距離。這在天文學(xué)上是十分有用的，因此這種天體被劃歸為一類。由于中國古代天文學(xué)中的“造父一”是這樣一顆恒星，因此這類恒星被統(tǒng)稱為“造父變星”，也被譽(yù)為“量天尺”。

造父變星示意圖

關(guān)于造父變星的形成原因，目前最普遍為人接受的說法是在恒星演化的中后期某個時間段，恒星會由于內(nèi)部輻射壓力和引力不平衡而出現(xiàn)失衡現(xiàn)象。簡言之，恒星內(nèi)部核反應(yīng)劇烈，會導(dǎo)致內(nèi)部輻射壓力增加，大于恒星引力，導(dǎo)致其體積膨脹。膨脹之后恒星表層的密度就會減小，輻射通過性就會增加。這時內(nèi)部的輻射能就可以釋放出去了。因此，表層所受的輻射壓力就會減小，引力就會占據(jù)優(yōu)勢，恒星便又開始收縮。收縮后恒星表層密度又會增加，輻射通過性又會減小，輻射壓力又占據(jù)了優(yōu)勢，恒星又開始膨脹。正是這樣周而復(fù)始的活動為我們提供了一個測量距離的天然尺子。

不過造父變星也有其局限性。主要就是其亮度太小了，小到只在銀河系及其附近適用。如果需要測量更遠(yuǎn)的距離，就需要另一種天體--Ia型超新星出馬了。

Ia型超新星示意圖

Ia型超新星

Ia型超新星，是一種奇特的雙星系統(tǒng)因?yàn)槟撤N原因發(fā)生超新星爆發(fā)的星體。說它奇特，是因?yàn)殡p星中的一顆為白矮星，另一顆為主序星或者巨星。白矮星從其伴星吸取物質(zhì)增加自身重量，當(dāng)總質(zhì)量達(dá)到1.4倍太陽質(zhì)量的時候，將再次引發(fā)核聚變。由于爆發(fā)時其質(zhì)量總是太陽的1.4倍，因此其亮度也是基本一樣的。Ia型超新星的亮度大約為3000000000個太陽的亮度。不要懷疑，我沒有手抖多按了幾個0。

如圖，單顆恒星超新星爆發(fā)與數(shù)千億顆恒星組成的星系進(jìn)行對比，超新星爆發(fā)時亮度有時會超過整個星系！

正是由于Ia型超新星超高的亮度和超強(qiáng)的準(zhǔn)確性，使得我們可以利用它測得更遙遠(yuǎn)的距離?？茖W(xué)家們正是根據(jù)這些宇宙中的“標(biāo)準(zhǔn)燭光”來逐步發(fā)現(xiàn)宇宙的奧秘的。

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