“經典造父變星”是一種脈動恆星，會隨著時間有節奏地變亮和變暗。這些脈動有助於天文學家測量太空中的遙遠距離，這使得仙王座成為幫助我們了解宇宙大小和規模的關鍵”標準燭光”。 VELOCE 計畫對仙王座恆星的新認識包括透過大量徑向速度測量得出的詳細脈動模式和雙星系統動力學。

RS Puppis 是最亮的仙王座變星之一，在六週的周期內有節奏地變亮和變暗。資料來源：美國國家航空暨太空總署、歐洲太空總署、哈伯遺產小組（STScI/AURA）-哈伯/歐洲合作組織

儘管仙王座非常重要，但研究仙王座卻充滿挑戰。它們的脈動和與伴星的潛在相互作用產生了複雜的模式，難以準確測量。多年來使用的不同儀器和方法導致數據不一致，使我們對這些恆星的了解更加複雜。

EPFL的天體物理學家理查德-安德森（Richard I. Anderson）說：”利用高清測速儀追踪仙王座的脈動，可以讓我們深入了解這些恆星的結構以及它們是如何演變的。尤其是對恆星沿著視線擴張和收縮速度的測量–即所謂的徑向速度–為從太空進行精確亮度測量提供了重要的對應數據。到高品質的徑向速度，因此一直迫切需要高品質的徑向速度。

安德森現在帶領一個科學家團隊，透過”半人馬座半徑速度計畫”（VELOCE）來實現這一目標。 “半人馬座半徑速度專案”是一個大型合作項目，歷時12年，在2010年至2022年期間利用先進的光譜儀收集了258顆半人馬座徑向速度的18000多個高精度測量數據。 “這個資料集將作為一個錨，把不同望遠鏡的仙王座觀測資料跨時間地連結起來，希望能激發社區的進一步研究”。

VELOCE 是洛桑聯邦理工學院、日內瓦大學和魯汶大學合作的成果。它以智利的瑞士歐拉望遠鏡和拉帕爾馬的佛蘭德墨卡托望遠鏡的觀測數據為基礎。安德森在日內瓦大學攻讀博士學位期間開始了VELOCE 項目，在美國和德國擔任博士後期間繼續進行該項目，現在已在洛桑聯邦理工學院完成了該項目。安德森的博士生喬爾達諾-維維亞尼（Giordano Viviani）為VELOCE 數據的發布發揮了重要作用。

Viviani說：”測量結果具有極高的精確度和長期穩定性，這使我們能夠對仙王座類天體如何發生脈動有了有趣的新認識。脈動導致視線速度變化高達70 公里/秒，即大約25萬公里/小時。快速行走的速度。

為了獲得如此精確的測量結果，VELOCE 研究人員使用了兩台高解析度分光儀，它們可以分離和測量電磁輻射的波長：北半球的HERMES和南半球的CORALIE。除VELOCE 外，CORALIE 因發現系外行星而聞名，而HERMES 則是恆星天文物理學的主力。

這兩台攝譜儀探測到了仙王座星光的微小變化，顯示了它們的移動。研究人員使用了先進的技術來確保測量結果的穩定性和準確性，對任何儀器漂移和大氣變化進行校正。安德森解釋說：”我們利用多普勒效應測量徑向速度。這與警察用來測量你的速度的效果相同，也是你從救護車接近或遠離你時的音調變化中了解到的效果。”

VELOCE 觀測以前所未有的精確度追蹤仙王座恆星的膨脹和收縮。左圖：觀測到的仙王座原型Delta Cephei 星因脈動而改變波長的光譜。右圖：由VELOCE 測得的徑向速度曲線，並以星形符號顯示了恆星的變異大小（不按比例）。資料來源：RI Anderson（EPFL）

VELOCE 計畫發現了一些有關仙王座恆星的迷人細節。例如，VELOCE 數據提供了迄今為止最詳細的赫茲普隆級數–恆星脈動中的一種模式–顯示了以前不為人知的雙峰凸起，與脈動恆星的理論模型相比，這些數據將為更好地理解仙王座恆星的結構提供線索。

研究團隊發現，幾顆仙王座恆星的運動表現出複雜的調製變異性。這意味著這些恆星的徑向速度變化無法用簡單、規律的脈動模式來解釋。換句話說，雖然我們預期類仙王座會以可預測的節奏進行脈動，但VELOCE 數據卻揭示了這些運動中額外的、意想不到的變化。

這些變化與傳統上用來描述脈動的理論模型並不一致。安德森的博士後亨利卡-內策爾（Henryka Netzel）說：「這顯示這些恆星內部存在著更複雜的過程，例如恆星不同層之間的相互作用，或額外的（非徑向）脈動訊號，這可能為透過星震學確定仙王座恆星的結構提供了機會。

這項研究還確定了77 顆屬於雙星系統（兩顆恆星繞著對方運行）的仙王座恆星，並發現了另外14 顆候選恆星。由安德森的前博士後Shreeya Shetye 領導的另一篇論文詳細描述了這些系統，加深了我們對這些恆星如何演化和相互作用的了解。 Shetye 說：”我們發現，大約每三顆仙王座恆星中就有一顆有一個看不見的伴星，我們可以透過多普勒效應來確定它的存在。”

安德森說：『了解仙王座的性質和物理原理非常重要，因為它們告訴我們恆星是如何演化的，也因為我們依靠它們來確定距離和宇宙膨脹率。此外，VELOCE 為歐空局蓋亞（Gaia）飛行任務的類似但不太精確的測量提供了最好的交叉檢驗，蓋亞飛行任務最終將進行最大規模的仙王座徑向速度測量。

編譯自/ ScitechDaily