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理学院天文学研究团队利用宽距双星精确测量出恒星的年龄

2021年05月27日 10:54  点击:[]

(通讯员 邱丹)近年,由三峡大学天文与空间科学研究中心、德国马克思普朗克天文研究所、美国加州大学伯克利分校、美国安博瑞德航空航天大学、中国科学院国家天文台等多个单位组成的研究团队利用欧空局Gaia卫星的巡天数据,对太阳邻域1000 pc1 pc3.26光年)范围内的宽距双星开展了广泛研究,精确描述了宽距双星的内禀属性,深度挖掘了宽距双星在银晕物质分布、双胞胎星形成与演化等方面的科学价值,取得的系列科研成果先后在美国的《天体物理期刊》、《天体物理期刊增刊》以及英国的《皇家天文月刊》等国际权威期刊上发表。近日,三峡大学田海俊教授的团队在宽距双星方面再次取得关键性研究进展,相关成果在《天体物理期刊增刊》正式在线发表。

                                             

1. 相距分别大约为20010005000倍日地距离的白矮-主序双星(蓝色为白矮星,桔红色为主序星),这些双星离我们的距离分别为60 pc, 118 pc143 pc

宽距双星通常是指间距超过100倍日地距离、诞生时间和物质成份相同、存在一定物理相互作用的两颗恒星系统。成员星之间虽拥有相同的年龄、距离、金属丰度等物理参数,但因初始质量的差异,使得成员星具有截然不同的演化历史。比如,白矮-主序(WD-MS)双星是宇宙中一类特殊的双星系统(如图1所示),一颗子星已经演化为白矮星,另一颗子星由于质量小演化慢,仍处在主序阶段。仅通过测光信息即可准确地估算出处于冷却阶段的白矮星的年龄,进而确定主序伴星的年龄。根据此原理,2018年,田海俊与合作者实现了一套利用白矮伴星精确测量主序恒星年龄的方法,并成功试用于其2017年构建的GPS1自行星表和Gaia DR1-TGAS星表。实验表明:该方法不仅可以有效解决小于1.0 M恒星年龄难以估算导致国际上18 Gyr年龄范围内恒星样本不够丰富的问题,而且可以将年龄估算精度从传统方法的30%改善至10%(甚至5%)。

2. 以一颗白矮星为例,展示了贝叶斯方法对白矮星的年龄(Age)、零龄主序质量(ZAMS)等参数的限制

这次研究成果由三峡大学硕士研究生邱丹主导完成。2019-2020年,田海俊等人在对宽距双星间距进行统计时,从Gaia DR2中挑选出并发布了八十多万对宽距双星候选体样本。邱丹等人在此基础上进一步提纯筛选,最终确定了4050对主序-白矮双星。利用贝叶斯方法(BASE-9)对白矮星的年龄进行了估算(图2),最终得到了3551颗有效的白矮星年龄,从而间接获得了3551颗主序星的年龄,其中有1568(~45%)颗主序星的年龄误差小于20%(具体的年龄误差分布如图3所示)。

3. 邱丹等人发布的三千余颗恒星年龄的误差分布图

恒星年龄是研究恒星以及银河系演化过程的最基本参数之一,所以精确测定恒星的年龄,特别是伴随着整个银河系演化进程的小质量、年老恒星的年龄至关重要。然而,国际上多种计算恒星年龄的方法大都只适用于某种特定类型的恒星,且计算年龄误差普遍大于20%,田海俊团队的系列成果将逐步改善恒星年龄测量方面的不足。在未来的研究中,我们将进一步发展恒星年龄的计算方法,并将结合Gaia eDR3和田海俊等人2020发布的GPS1+自行星表极大地扩展宽距双星的样本,除了精确计算恒星年龄外,还将围绕宽距双星挖掘更加丰富的科学应用,比如金属丰度的精确限制等。

该工作得到了国家自然基金、LAMOST重大成果培育项目、湖北省杰出青年基金、三峡大学青年拔尖人才等项目的资助。

论文全文:https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4365/abe468

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