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科研人员基于LAMOST数据在双星星族性质研究方面取得新进展
时间 : 2022-07-12     

近日,中国科学院云南天文台博士研究生李江丹及其导师韩占文院士等人基于LAMOST DR6 和 DR7 中分辨率光谱数据,为研究双星星族统计性质设计了一种全新的方法,并利用该方法对不同光谱型的双星质量比例分布规律和双星比例进行了研究,并取得了实质性进展。这为天文学家研究双星的形成及演化提供了可靠的依据。该成果在国际著名期刊《天体物理杂志》(The Astrophysics Journal)发表。  

我们对宇宙的了解大多来自于恒星,而宇宙中大约一半的恒星是双星系统(图1)。大质量恒星中双星比例可达到70%,类太阳恒星中双星的比例大约为44%,但它们仍然在双星星族中起到了不可忽视的作用。在双星系统中,两颗恒星之间的相互作用能够影响双星的命运。双星演化是非常复杂的过程,对天体物理学的发展至关重要。同时,双星演化会导致很多重要天体的形成,如Ia型超新星、双黑洞、双中子星、毫秒脉冲星、X射线双星等等。

 
图 1 双星系统示意图 (ESO) 

双星星族的观测性质是许多天体物理研究的基本参量,例如引力波源和Ia型超新星的前身星的研究。双星星族中双星比例、质量比分布和周期分布等统计性质对进一步理解和研究双星演化、双星相关天体的形成、恒星及银河系的形成演化具有重要作用。但一直以来人们对双星星族的统计性质知之甚少,海量LAMOST中分辨率巡天光谱数据为研究双星星族的统计性质提供了可能性,尤其是对双星的质量比分布和双星比例的研究具有绝佳优势。  

研究人员利用LAMOST DR6和DR7的光谱观测数据,详细研究了双星系统样本的质量比分布及双星比例。同时研究人员开发了一种新方法——峰值振幅比(PAR)方法 (图2)。该方法对双谱线双星光谱用交叉相关函数得到两颗星的视向速度及在交叉相关函数的峰值振幅A1和A2。在交叉相关图中,通过两个峰值振幅之间的比例与双星的质量比的关系,可以计算得到双星的质量比。基于该方法,研究团队得到了A型、F型和G型恒星的双星星族质量比分布(图3)与密近双星比例。他们发现周期小于150天,质量比在0.6和1之间的密近双星中,A型星双星比约为7.6%,F型星双星比约为4.9%,以及G型星双星比约为3.7%。也就是说,主星质量越小,则其双星比例越低,但两颗恒星质量更有可能相同或接近。 

该结果是研究人员利用LAMOST中分辨率光谱巡天在双星性质研究领域取得的一项重要进展工作,对研究双星演化具有重要的科学意义,并有助于进一步理解双星及双白矮星的形成过程。 

该系列工作得到了国家自然科学基金重点项目等的资助。

 
图2 一个关于双星系统交叉相关的例子。在上图中,我们展示了一个双星系统的光谱,其主星的有效温度为Teff 1 = 6 400 K,质量比为q = 0.79。下图是光谱的CCF图,视向速度范围为-500到500公里/秒。有两个峰值A1=0.73和A2=0.61,与这两个峰值对应的速度分别为RV1 = -83 km/s和RV2 = 17 km/s。

 
  
图3 以太阳为中心,不同距离范围内的双星的质量比密度。在上图中,我们展示了我们样本中A、F和G型双星(黑色方块、蓝色圆圈和红色三角形)的质量比分布。下图显示了类似的分布,样本分别为对于距离太阳500、1 000和2 000 pc以内的双星(实线、虚线和点线)