近期,貴州大學(xué)物理學(xué)院張立云教授團(tuán)隊(duì)與美國巴特勒大學(xué)韓先明教授、美國霍華德大學(xué)Prabhakar Misra教授等國際合作者,基于郭守敬望遠(yuǎn)鏡(LAMOST)第十次數(shù)據(jù)發(fā)布(DR10)的超五萬條食雙星光譜觀測數(shù)據(jù),聯(lián)合TESS衛(wèi)星的高精度光變曲線,對3.2萬余顆食雙星的物理參數(shù)與磁活動特征進(jìn)行了系統(tǒng)研究。該研究首次在大樣本尺度上揭示了不同幾何類型食雙星在色球活動、恒星黑子與耀發(fā)現(xiàn)象上的系統(tǒng)差異。相關(guān)科研成果已在SCI二區(qū)《天體物理學(xué)增刊》(The Astrophysical Journal Supplement Series,ApJS)發(fā)表。該項(xiàng)工作的第一作者為貴州大學(xué)物理學(xué)院碩士研究生石庵忪,通訊作者為貴州大學(xué)張立云教授。
食雙星是銀河系中最重要的雙星族群之一,由兩顆恒星互相掩食形成周期性變光。它們不僅能提供恒星質(zhì)量、半徑與有效溫度等關(guān)鍵參數(shù),也是檢驗(yàn)恒星發(fā)電機(jī)與角動量損失機(jī)制的理想實(shí)驗(yàn)室。本研究利用LAMOST光譜對約5200顆具有光譜觀測的食雙星開展了Hα色球活動分析,發(fā)現(xiàn)色球活動在軌道周期縮短和金屬豐度降低時顯著增強(qiáng)。分離雙星EA在Rossby數(shù)logRo≈1.3時達(dá)到活動飽和,而相接雙星EW因擁有公共對流包層(CCE),需更快旋轉(zhuǎn)(logRo≈1.6)才能達(dá)到飽和,并在極端快速旋轉(zhuǎn)時出現(xiàn)“超飽和”現(xiàn)象。這一發(fā)現(xiàn)表明,CCE能夠擴(kuò)大磁通量儲庫并改變磁活動的閾值。同時,團(tuán)隊(duì)結(jié)合TESS光變曲線分析了恒星黑子調(diào)制與耀發(fā)現(xiàn)象。結(jié)果顯示,恒星黑子調(diào)制幅度與Hα活動緊密相關(guān),證實(shí)了近雙星強(qiáng)磁場的普遍存在。在耀發(fā)現(xiàn)象方面,共探測到1752次耀發(fā)事件,其中EA型1179次、EB型429次、EW型144次。EB系統(tǒng)表現(xiàn)出最高的平均耀發(fā)頻率,而EW型雖然旋轉(zhuǎn)極快,卻展現(xiàn)出最低的耀發(fā)數(shù)量和能量,說明其特殊幾何結(jié)構(gòu)可能抑制大尺度磁場重聯(lián)。耀發(fā)能量分布覆蓋1032–103? erg,符合磁重聯(lián)釋放能量的理論預(yù)期(圖1)。

圖1:不同類型食雙星耀發(fā)能量分布對比。EA型在高能端更為突出,而EW型能量范圍相對狹窄。
進(jìn)一步分析顯示,恒星黑子調(diào)制振幅與耀發(fā)能量正相關(guān),提示黑子覆蓋率與磁重聯(lián)能力之間存在緊密聯(lián)系。EB與EA系統(tǒng)在這一關(guān)系上表現(xiàn)更為明顯,而EW系統(tǒng)整體偏低。研究還發(fā)現(xiàn),耀發(fā)發(fā)生率在低溫、低質(zhì)量恒星中達(dá)到峰值,證實(shí)了冷矮星外層對流區(qū)在磁活動中的主導(dǎo)作用(圖2)。

圖2:耀發(fā)活躍恒星的有效溫度分布。低溫、低質(zhì)量恒星的耀發(fā)檢測率最高。
LAMOST與TESS的聯(lián)合研究還揭示了色球活動與軌道周期、Rossby數(shù)之間的定量關(guān)系:EA型系統(tǒng)在logRo≈1.3達(dá)到飽和,而EW型則在logRo≈1.6達(dá)到飽和,并在極端快速旋轉(zhuǎn)(Ro?0.02)時進(jìn)入超飽和狀態(tài)。這一結(jié)果為修正單星的“旋轉(zhuǎn)–活動”關(guān)系提供了新視角,表明雙星幾何結(jié)構(gòu)及公共對流包層對磁活動演化具有決定性影響(圖3)。

圖3:不同幾何類型食雙星的色球活動與Rossby數(shù)關(guān)系。EW系統(tǒng)展現(xiàn)出延遲飽和與超飽和特征。
研究表明,LAMOST大規(guī)模光譜巡天與TESS高精度光變數(shù)據(jù)的結(jié)合,能夠在統(tǒng)計(jì)意義上揭示磁活動演化規(guī)律。未來,隨著LAMOST持續(xù)的低、中分辨率巡天積累,以及TESS長期監(jiān)測的補(bǔ)充,研究團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步探索磁活動隨雙星演化階段的變化規(guī)律,并為理解恒星演化和類地行星宜居性提供關(guān)鍵觀測依據(jù)。