中國天文學家發現特殊雙星系統

中國科學院雲南天文台雙星與變星研究團組李臨甲博士和錢聲幫研究員等人發現並驗證了一顆脈動週期快速減小的天琴RR型變星：大熊座AX。其脈動週期變化率達到驚人的每百萬年減少7.75天，是至今為止人們所發現週期減少最快的天琴RR型變星。研究團隊發現除了脈動週期的快速減少，大熊座AX還表現出有效溫度偏高，短波段脈動振幅偏小，光變曲線缺少隆起（bump），視向速度變化大等與一般天琴RR型變星不同的特性。這種種表現都暗示著大熊座AX具有顯著的雙星性質，是一顆少見的雙星演化脈動天體（binary evolution pulsator）。

天琴RR型變星是一類處於水平分支的貧金屬小質量脈動變星。它們短週期，大變幅的脈動特徵使其很容易從觀測發現，正由於如此，它們是至今為止發現數量最多的一類脈動變星，也擁有相對悠久的研究歷史。天琴RR型變星廣泛分佈於銀河系內各個系統內，包括銀河核心、銀盤、銀暈和各種星團，結合其所具有的周光（周期與光度）關係，該類變星是研究銀河系內老年恆星化學和動力學性質以及小質量恆星演化的重要探針。

人們通常從脈動週期角度入手來研究天琴RR型變星的演化：在赫羅圖中，當天琴RR型變星沿水平分支向左演化時，也即是溫度升高，其脈動週期會減少；反之，向右演化時，脈動週期會增加。在以往的觀測和研究下，人們發現大多數天琴RR型變星的周期變化率絕對值在每百萬年 0.01至0.1天範圍內，而演化效應認為是導致這些週期變化的重要因素之一。而一些週期變化率絕對值更大的目標（每百萬年0.1至1天）也有少量發現，理論上認為這些天體應當處於天琴RR型變星演化的初始或末尾階段。

在對眾多天琴RR型變星的研究工作中，注意到大熊座AX所表現出的不同尋常的特性，該研究團隊利用雲南天文台鳳凰山本部60厘米望遠鏡及麗江觀測站中泰70厘米望遠鏡觀測數據，對該目標進行了多波段測光觀測，並從多個巡天觀測項目收集了其光變曲線數據；採用O-C分析方法（該方法通常用來比較或評估某一物理量的觀測值與預期值或理論值間的差別，即Observed minus Calculated method），獲得大熊座AX的OC圖（見上圖），併計算得到其脈動週期變化率為每百萬年減少7.75天。這個數值要比一般的天琴RR型變星周期變化率的絕對值高一到兩個數量級。大熊座AX是目前為止脈動週期減小最快的天琴座RR型變星，這也意味著它在赫羅圖中正快速地向左移動演化著。

研究團隊還利用傅里葉（Fourier）分解法等分析手段對大熊座AX的光變曲線進行分析，得到相應的傅里葉係數，脈動變幅以及色指數等參數。通過將這些參數與其它眾多天琴RR型變星的參數比較，發現大熊座AX表現出一顆奧斯特霍夫（Oosterhoff） I型的天琴RRab型變星的特徵。但是，大熊座AX在光度極小時的色指數相比一般的天琴RR型變星要偏小（BV=0.295等），說明其有效溫度偏高，達到7300K。結合進一步的O-C分析結果和其它證據，研究團隊認為大熊座AX擁有一顆熱亞矮星伴星，該系統應當是一個雙星演化脈動天體。

研究團隊還將大熊座AX的光變曲線與另一顆雙星演化脈動天體，OGLE-BLG-RRLYR-02792，進行了比較，指出它們各自的特徵，並認為這些現象與伴星吸積所導致的外層大氣物質損失有關。他們還指出兩者最終演化結局：前者會越過脈動不穩定帶藍邊界，最終成為一顆藍水平分支星，而後者由於損失了更多的外層物質，最後會變為一顆氦白矮星。

【圖、文：節錄自中國科學院雲南天文台2021年4月2日新聞公佈；新聞訊息由林景明提供】 研究全文刊登在2021年3月23日出版的《天體物理學報》

OGLE = Optical Gravitational Lensing Experiment Catalog of Variable Stars = 光學重力透鏡實驗變星星表