脉动变星

有些恒星会周期性地膨胀和收缩，亮度也随之规律性地变亮和变暗；其中最著名的是造父变星，它们的脉动周期揭示了其真实光度，从而可以测量宇宙距离。

Definition

脉动变星是指亮度周期性变化的恒星，这是由于其外层膨胀和收缩所致，这种变化是由其结构中的不稳定性驱动的，而非由食或外部原因引起。

Scope

本主题涵盖了脉动变星的主要类别，包括造父变星、天琴座RR型变星以及长周期和矮变星，赫茨普朗-罗素图上的不稳定带，驱动脉动的kappa机制，使造父变星成为标准烛光的周光关系，以及利用振荡探测恒星内部的更广泛的星震学领域。

Core questions

• 为什么有些恒星会脉动？
• 什么是不稳定带？
• 周光关系如何使造父变星成为距离指示器？
• 振荡如何揭示恒星内部？

Key concepts

• 不稳定带
• kappa机制
• 造父变星
• 天琴座RR型变星
• 周光关系
• 径向脉动
• 星震学

Key theories

kappa机制和不稳定带

在部分电离的氦在受压缩时变得更不透明的区域，它会捕获热量并将该层推回，作用类似于驱动自持脉动的阀门；赫茨普朗-罗素图上处于不稳定带的恒星会发生脉动。

造父变星周光关系

莱维特发现造父变星越亮，其脉动周期越长；这种周光关系使得可以从易于测量的周期推断出其内在光度，从而使造父变星成为测量距离的主要标准烛光。

Mechanisms

在某些恒星中，一层部分电离的氦在受压缩时会吸收更多辐射，储存能量，当该层反弹时能量被释放，从而维持包层周期性的膨胀和收缩。脉动周期取决于恒星的平均密度，进而取决于其光度，而许多恒星中详细的振荡光谱则编码了其内部结构。

Clinical relevance

脉动变星是重要的距离指示器：造父变星和天琴座RR型变星校准了宇宙距离阶梯和哈勃常数，而包括太阳在内的脉动星的星震学则测量了内部结构、年龄和质量，从而完善了恒星模型并表征了系外行星宿主星。

History

1912年，莱维特发现了造父变星的周光关系；爱丁顿提出脉动是由热机机制驱动的；20世纪中叶，电离区中kappa机制的确定解释了脉动星为何占据明确的不稳定带。

Key figures

• Henrietta Swan Leavitt
• Arthur Eddington
• John P. Cox
• Cecilia Payne-Gaposchkin

Seminal works

• leavitt1912
• cox1980

Frequently asked questions

为什么造父变星的周期能告诉我们它的光度？

脉动周期取决于波穿过恒星所需的时间，这又取决于恒星的大小和密度；光度更高的造父变星更大、密度更低，因此它们脉动得更慢，从而形成了周期与光度之间的紧密关系。

什么是星震学？

它是研究恒星自然振荡的学科，类似于地震学利用地震探测地球内部；恒星脉动的频率取决于其内部结构，因此测量这些频率可以揭示其大小、年龄和内部自转等特性。