精確測定我們附近星系或是遙遠星系的距離,對于研究宇宙的膨脹速率以及暗能量都是十分重要的。在具體操作中,天文學家使用“距離階梯遞推”的方法,測量遙遠星系的距離:首先測定近處天體的距離,以此為尺子,用以測定稍遠天體的距離,以此類推,最終實現距離達幾十億光年的星系的測定。
Pietrzyński 在 Nature 周刊上發表文章,宣稱已經對我們銀河系的最近鄰星系——大麥哲倫星系的距離做出了迄今為止最高精度\\(2.2%\\)的測定。長期以來, 上述距離一直是“距離階梯”逐級延伸過程中的一個瓶頸。
歷史上,“距離階梯”的最低一級是地球的尺寸,它曾被用于編時預報金星凌日的全過程。這一過程確定了“距離階梯”的第二級,即地球與太陽的距離。當地球分別處于環日軌道的春分點和秋分點,從地球觀察目標恒星所處的視角有所不同,從而通過地球與太陽的距離就可以決定我們與該恒星的距離,即“距離階梯”的第三級。
確認大麥哲倫星系的距離之所以重要,在于它是宇宙學以及超星系天文學研究中作為距離階梯不可缺少的一環。如果對它距離的認定誤差為 10%,則更遠星系的距離、哈勃常數以及宇宙膨脹速率等測量都將產生10%的誤差。此外,更精準的大麥哲倫星系的距離與遙遠超新星測量的結合,又將從實質上改進人們對暗能量特性的認識。
2001 年以前公布的大麥哲倫星系的距離數值,具有大約 36%的離散度;但每個發表數據的研究組給出的誤差范圍,卻 比 36% 小 得多。2001 年“哈勃太空望遠鏡計劃”,作為權威機構,給出的距離是 50.1 ± 2.3 kpc\\( 千 秒 差 距\\), 或 163400 ± 7500 光年 。它是一個相對正確的值,但有負面影響,即導致了許多研究小組的盲從。
這次 Pietrzyński 等發表的大麥哲倫星系距離的最新數據是49.97±1.13 kpc,如前所述,作者認定的精度是2.2% ,而這個值與“哈勃太空望遠鏡計劃”2001年給出的值相差只有0.26%。數據的取得來源于對大麥哲倫星系內8對食掩雙星的光度測量,其中涉及雙星的尺寸、相對速度、總發光強度\\(表面溫度\\)和表觀亮度,以及光度減弱的距離平方反比定律。作者們的結果是值得相信的,它的導出只依賴于經典的物理定律,并且完全跳過了較低級別的“距離階梯”,因此最終結果與距離階梯較低級別的精度無關。
對大麥哲倫星系使用的食掩雙星方法,可以發展成為供更遠星系\\(例如:距離約 300 萬光年的 M33 星系\\)使用的方法。另外,值得期待的是,Gaia 航天器將在今年晚些時候發射,屆時,航天器上的視差角度測量裝置將能夠使大麥哲倫星系中恒星距離的測量精度達到1%。從而使天文學家可以在測量更加遙遠的星系時達到這樣的精度。