天 文 视 点 现 代 天 文 学 中 的 双 星 柯 文 采 (Thijs Kouwenhoven)/ 程 思 淼
柯 文 采 (Thijs Kouwenhoven) 北 京 大 学 科 维 理 天 文 与 天 体 物 理 研 究 所 (KIAA) 百 人 计 划 学 者 双 星 比 你 想 的 还 要 多!
如 何 发 现 双 星? 1. 在 我 们 有 很 多 方 法 可 以 用 来 发 现 新 的 双 星 系 统 理 论 上 讲, 最 容 易 的 现 方 法 无 非 是 直 接 观 测 到 两 颗 星 的 互 绕 这 也 是 最 可 靠 的 办 法, 但 是 往 往 需 要 花 费 极 长 的 时 间 ( 想 想, 我 们 要 观 察 的 是 恒 星 的 运 动!), 而 且, 如 果 双 星 系 统 距 我 们 太 远, 或 者 两 颗 星 的 互 绕 周 期 太 长, 这 个 办 法 就 难 以 付 诸 实 践 了 因 此, 很 多 双 星 系 统 是 用 更 复 杂 的 方 法 发 现 的 下 面 列 出 了 几 种 最 常 见 的 双 星 系 统, 发 现 方 法 来 命 名 的 : 目 视 和 天 体 测 量 双 星 天 狼 B 2. 分 光 双 星 天 狼 A 3. 共 自 行 星 对 西 北
前沿 视点 间确实存在引力束缚 即互绕 它们 向速度以及相同的自行 即空间运动在 颗看上去相邻的星是否真的会组成一个 相对太阳系就应该有相同的距离 与恒 天球上的投影 以单位时间内移动的角 双星系统 如果测量数据显示 它们在 星到我们的遥远距离相比 它们之间的 度度量 因此 通过精确测量这些参 空间中的大尺度运动确实是相同的 我 距离当然可以忽略不计了 相同的径 数 我们就能够相当有把握地猜测 两 们就称它们是一对 共自行星 4. 食双星 食双星和月掩双星 如果幸运的话 一个双星系统的轨 道平面可能刚好与我们的视线方向基本 平行 这样 在每个互绕周期里 我们 都可以看到一颗子星移动到另一颗的前 面 挡住了它的一部分光 仔细地监测 整个系统的亮度 我们就可以确定这个 食双星 系统的轨道周期和大小 这 种观测 掩食 的方法也用于太阳系外 行星的搜索 成果卓著 这种方法还有一种拓展 是通过观 次食 亮度 主食 测一个较大天体 比如月球 对双星 系统的掩食进行的 当月球掩食一个 主食 密近双星系统时 它首先掩过第一颗 星 几秒之后 另一颗星才被遮住 通过精确测定系统亮度随时间的变 时间 化 我们就可以计算出两星间的距离 和它们各自的亮度 这样确定的双星 微引力透镜双星和 爱因斯坦的相对论指出 大 质量天体可以改变 形象地说是 扭曲 它周围的时空 其结 果之一就是 当光经过一颗恒星 附近时 它将不再沿 直线 传 播 这一可观测的效应也可以用 于搜寻新双星 具体方法有两种 1. 微引力透镜 法 用于恒星经过一个明亮 的背景天体时 由于微引力 透镜效应 恒星凌过时背景 天体的光会被轻微地 聚 焦 放大 因此 如果这颗 恒星是一个双星系统 就可 以观测到背景天体的两次相 继的 聚焦 根据爱因斯坦的广义相对论 当 一个引力源移动到背景光源前面 时 通过引力场对时空的改变 有可能起到一个 透镜 的作 用 稍微会聚和增强背景天体的 亮度 对于恒星来说 这一效应 十分微弱 但也是可以观测到 的 如图所示 如果一个双星系 统经过背景天体 那么相当于有 两个 透镜 就可以观测到背 景天体亮度的两次微弱增强 观察者 亮度 5. 自引力透镜双星 系统称为 月掩双星 亮度 当一个双星系统的轨道平面与我们的 视线近似平行的时候 我们就能观测到 两颗星的相互掩食 即使我们不能分辨 两颗子星 也可以从它的光变曲线中得 知这是一个双星系统 这是一种很可靠 的发现双星的办法 同时也可用来搜寻 系外行星 来源 NASA/Kepler 时间 时间 ２０１４ ６ 天文爱好者 ２９
2. 自 引 力 透 镜 法 系 统 中 的 一 颗 子 星 作 为 透 镜 聚 焦 了 另 一 子 星 发 出 的 光 如 果 系 统 中 的 一 颗 子 星 是 致 密 天 体, 如 白 矮 星 中 子 星 或 是 黑 洞, 那 么 它 造 成 的 引 力 透 镜 效 应 就 会 非 常 明 显 艺 术 家 绘 制 的 双 星 系 统 KOI-3278 想 象 图 该 系 统 由 一 颗 G 型 恒 星 和 一 颗 白 矮 星 组 成 由 于 白 矮 星 十 分 致 密, 当 它 凌 过 背 后 的 G 型 星 时, 它 的 引 力 场 使 G 型 星 的 光 发 生 了 偏 折 最 近, 华 盛 顿 大 学 的 伊 森 克 鲁 斯 (Ethan Kruse) 和 埃 里 克 埃 格 尔 (Eric Agol) 观 测 到 了 这 种 自 引 力 透 镜 的 凌 星 现 象 来 源 :NASA/Kepler 6. 统 计 方 法
双 星 天 体 物 理 学 距 离 的 准 确 测 定 星 为 天 文 学 家 提 供 了 研 究 天 体 物 理 学 的 基 本 数 据 各 种 类 型 的 双 星 分 双 布 在 我 们 银 河 系 的 每 个 角 落, 从 太 阳 的 近 邻 到 遥 远 的 球 状 星 团, 从 银 河 系 的 中 心 到 银 晕 中 最 偏 远 的 区 域 借 助 现 代 强 大 的 望 远 镜, 我 们 甚 至 能 够 确 认 其 他 星 系 中 的 双 星 这 些 双 星 为 天 体 物 理 学 各 个 方 向 的 研 究 都 提 供 了 关 键 的 信 息, 因 此 它 们 对 于 我 们 更 好 地 理 解 宇 宙 是 至 关 重 要 的 增 进 我 们 对 恒 星 形 成 的 认 识 精 确 测 量 恒 星 质 量 质 量 交 换 的 物 理 学
蓝 离 散 星 和 X 射 线 双 星 带 有 行 星 的 双 星 系 统 P 双 星 研 究 的 未 来 几 何 时, 双 星 一 度 是 天 体 物 理 学 P 型 S 型 曾 中 的 热 门 题 目, 几 乎 每 个 天 文 研 P 究 所 都 有 天 文 学 家 从 事 接 触 双 星 恒 B A B A 星 和 双 星 演 化 X 射 线 双 星 的 研 究, 或 主 持 观 测 项 目 搜 寻 双 星 并 测 量 其 轨 道 参 数 而 近 20 年 来, 人 们 更 多 地 转 向 系 外 行 星 的 研 究 也 许 这 并 非 不 可 理 解 : 毕 竟 在 行 星 研 究 的 新 领 域 里 会 有 机 会 取 得 更 多 重 大 发 现 不 过, 由 于 双 星 对 我 们 理 解 很 多 基 本 的 天 体 物 理 过 程 都 起 着 至 关 重 要 的 作 用, 所 以 双 星 研 究 也 许 值 得 我 们 投 入 比 目 前 更 多 的 关 注