中國天文學家在星團中雙星研究中取得新進展


從望遠鏡發明開始,天文學家就發現許多恆星擁有一顆伴星,它們成雙成對,相互繞轉,像是處在幸福的婚姻中,我們稱之為雙星。星團是曾經有大批恆星集中誕生的地方,目前仍然依靠引力維持為一個密集的整體。那麼在星團這樣一個 聚眾的社區環境中,恆星的已婚率有多少呢?它們也會離婚嗎?維持恆星 婚姻幸福的要素有哪些呢?這其中,環境(恆星的聚集程度)又扮演了怎樣的角色呢?

回答這些問題並不容易,原因是對於遙遠的星團,望遠鏡尚不足以把兩顆恆星的圖像分開,只能當一個點源來測量它的光度。與單獨一顆恆星相比,雙星的光度是主星(大質量)和伴星(小質量)的疊加,在星團的顏色星等圖上比主序星更紅更亮。當雙星的質比很小(伴星的質量比主星的質量小很多)的時候,光度上的增量是很微弱的,以至於難以和單星區分開。這給雙星比例以及雙星質比分佈指數的研究帶來了巨大挑戰,更不用說去仔細探討星團環境對這兩個物理參數的影響。

中國科學院上海天文台天體物理研究室星團和銀河系結構課題組博士研究生李璐和她的導師邵正義等人,設計了一個巧妙的途徑,在星團的顏色星等圖上建立嚴格的混合分佈模型,可以避免對雙星的證認而直接測量雙星的比例和質比參數。同時,他們還利用優化的高斯過程(Gaussian process),精準確定了單星的主序及其展寬,保證了雙星擬合參數同時具備精度和準度。該方法用於一個具有蓋亞(Gaia)衛星測光和自行成員的中等年齡的疏散團NGC 3532,首次獲得雙星的統計性質受星團內部動力學影響的明確證據。

研究發現,該疏散星團中有27%的成員為雙星系統,它們的質比呈大致均勻的分佈。進一步的研究顯示,如果按主星質量的大小分成兩個子樣本,那麼質量相對小的恆星中雙星的佔比較少,並且呈現出小質比(兩顆星質量相差較大)雙星更少的趨勢。分析得出這是由於雙星在星團中會受到動力學效應的影響,當雙星和另一顆單星發生三體交會時,主星質量小的,或者質比較小的雙星,束縛能較小,更容易瓦解。另一方面,如果按恆星離團的中心距離來劃分樣本,那麼星團中心的雙星比例少,並且小質比的雙星更少。這是由於星團中心恆星密度相對比外圍更高,三體交會發生的頻率高,因此呈現出雙星性質對於到星團中心距離的這種依賴關係。

一般來說,疏散星團中恆星的已婚率接近三成;雙星在星團中心區域會頻繁受到第三者的擾動而導致瓦解;如果將一顆恆星的質量比作一個人的財富程度,那麼富有的,或者門當戶對的婚姻更能維持穩定,如果做不到,那請遠離人多的地方,至少受到第三者的誘惑少一點。

【圖:互聯網;文:節錄自中國科學院上海天文台網頁;新聞訊息由林景明提供】研究2020年8月11日提交《天體物理學報》,研究論文正式接收發表。

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