Las estrellas Cefeidas también son importantes porque ellas dan lugar a la llamada relación período-luminosidad que es un indicador de distancias muy importante. Ms Levitt estudiando las Cefeidas en La Gran Nube de Magallanes, la galaxia externa más próxima a la Vía Láctea, descubrió que las Cefeidas más brillantes tenían períodos mayores. Cuando representó la luminosidad de las Cefeidas en función de los períodos encontró una correlación muy buena. Como se puede suponer que todas las Cefeidas de La Gran Nube de Magallanes están a la misma distancia de nosotros, ya que el diámetro de la galaxia es mucho menor que su distancia a la Tierra. La relación encontrada período-magnitud aparente es una relación período-magnitud absoluta y por tanto una relación período-luminosidad que es intrínseca a las Cefeidas y que puede usarse para todas ellas. Una vez calibrada esta relación, midiendo el período de una Cefeida obtenemos por la relación período-luminosidad su magnitud absoluta y observando la magnitud aparente, obtenemos la distancia. Como es relativamente fácil obtener los períodos de variación de la magnitud y también observar las magnitud visuales aparentes, tenemos un método importante para obtener distancias.

La calibración de la relación período-luminosidad, requiere obtener la distancia por otro método, para ello se utilizan las Cefeidas que forman parte de cúmulos abiertos en nuestra Galaxia, ya que las distancias a estos cúmulos se puede obtener por medio de la paralaje espectroscópica o por la superposición de las secuencias principales de los cúmulos.

La relación período-luminosidad de las Cefeidas ha sido extremadamente importante para la determinación de distancias a otras galaxias de nuestro grupo local de galaxias, debido a que las Cefeidas son muy luminosas y pueden resolverse en otras galaxias. Esta relación se puede expresar como

<M_v > = cte log P

donde <M_v > es el valor medio de la magnitud visual absoluta; también suele expresarse en función del índice de color intrínseco.

En la Figura 5-3-4 se muestra la relación período-luminosidad para Cefeidas de la población I determinada por Sandage and Tammann (1969), Schmidt (1984) y Böhm-Vitense (1986) Hay una incertidumbre de 0.5 magnitud en la calibración absoluta al menos para las Cefeidas de largo período que son las más importantes, ya que debido a su mayor luminosidad pueden observarse a distancias mayores.

¿ Por qué existe una relación período-luminosidad ? Intuitivamente parece plausible que las estrellas más luminosas que son las mas grandes tarden más en expandirse y contraerse que las menos luminosas y más pequeñas. Pero como hemos dicho más arriba, la pulsación es un fenómeno de resonancia y estamos observando ondas que tienen una frecuencia de resonancia y el período correspondiente es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la densidad media, P = const. r ^-1/2 , que explica la relación período-luminosidad observada. Cuanto mayor es la luminosidad, mayor radio, más pequeña es la densidad y por tanto mayor período.