四年前，我國著名科普作家劉慈欣憑藉其科幻小說《三體》獲得“雨果”獎，在國內掀起了一場不小的科普熱。
小說中的“三體”是三顆相互環繞的“太陽”，由於運動的無規則性及相互之間複雜的引力擾動，致使生活在那裡的“三體文明”經受了百餘次毀滅與重生，最終逼迫他們打算逃離這種無常的“三體”母星。
研究表明，宇宙中超過一半的恆星都是以雙星或多體系統存在的“兩體”就是宇宙中普遍存在的雙星系統，相對“三體”，它們要簡單很多。如果雙星之間距離超過了100 AU （天文學將一倍日地間距定義為1個天文單位，即1 AU），我們通常稱這類雙星為寬距雙星，反之，稱為密近雙星。
如果“三體”像科幻小說中講述那樣會給文明帶來災難，讓人難以琢磨，那麼你有沒有思考過看似簡單的“兩體”？它們能為人類揭示什麼重要的宇宙秘密？
“兩體”也不簡單
由三峽大學天文與空間科學研究中心、加州大學伯克利分校、馬克斯普朗克天文研究所等多個單位組成的研究團隊利用歐空局蓋亞衛星的巡天數據對太陽鄰域的寬距雙星開展了系統研究。近日，該團隊完成了兩項新的研究成果。
其中一項發現，寬距雙星的間距分佈並非像傳統假設那樣服從一個單一的冪律譜，而是在大約0.1 pc（秒差距，1 pc 大約為3.26光年）的間距處，不同星族的雙星其間距分佈發生了不同程度的斷裂，該斷裂特徵蘊藏著重要的物理機制，這項成果被國際權威天文期刊《天體物理期刊增刊》正式接受，即將正式出版；另一項研究發現，寬距雙星樣本中“雙胞胎”星的比例異常地高，甚至在超過1萬AU的間距上，該異常依然存在，該成果已正式發表在英國《皇家天文學會月報》上。
論文的主要作者之一、三峽大學田海俊博士告訴《中國科學報》，寬距雙星是最簡單、最小、最脆弱的天體系統之一。由於成員星離的較遠，寬距雙星的軌道十分脆弱，極易受到外界引力或內部成員星演化所擾動甚至破壞，它們被認為是小尺度上銀河系引力勢能的強大探針。因此，開展對寬距雙星間距、質量比等物理屬性的統計分析，可以有效探測銀河系中暈族大質量緻密天體（MACHO），並限制MACHO的質量、密度等屬性，同時可以追尋雙星乃至銀河系的形成與演化歷史。
中國科學院紫金山天文臺袁強研究員告訴《中國科學報》：“在天文學中，MACHO被認為是一種重要的暗物質候選體”。
“關於雙星如何形成的問題，目前天文界尚不十分清楚，國際上主要有兩種可能的形成機制。”中國科學院國家天文臺研究員劉超說。
密近雙星（上圖）和寬距雙星（下圖）可能的形成機制。（上圖來源於美國國家射電天文臺NRAO，下圖來源於阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列ALMA網站）
“密近雙星可能形成於碎裂的公共星周盤，在一個分子云中，通過自身引力對周圍的氣體和塵埃的吸積，一顆原恆星逐漸誕生，並在周圍形成吸積盤，隨後在吸積盤內部，又逐步形成第二顆原恆星，隨著時間的演化，最終形成兩顆相互圍繞的軌道雙星，如圖1（上）左、中、右子圖所示”，中國科學院雲南天文臺陳雪飛研究員解釋道。
“目前這兩種模型或多或少都存在無法解釋一些觀測現象的問題。”劉超向記者強調。
改變國際上雙星間距分佈觀念
田海俊說，雙星間距的冪律分佈發生斷裂，國際上一般猜測是由於外界物體（比如MACHO）的引力擾動所致。如果是這樣，根據寬距雙星間距分佈上的斷裂位置，可以有效限制具有什麼屬性（質量和密度等）的MACHO能夠導致這樣的斷裂。
要破壞間距為0.1 pc的雙星，根據太陽鄰域的暗物質密度可以粗略估算出至少需要10 M⊙的MACHO分佈在銀暈中，也就是說銀暈中可能存在大量的10倍以上太陽質量的緻密天體（比如黑洞）。
科學家曾猜測銀河系中分佈有大量的原初黑洞，這些原初黑洞可以提供解釋銀河系旋轉曲線所需的額外引力，即暗物質。2015年激光干涉儀引力波天文臺探測到質量約30 M⊙的雙黑洞併合產生的引力波，這類大質量黑洞的形成機制尚不明確，有人認為它們可能是宇宙大爆炸極早期產生的原初黑洞，並且可以解釋宇宙中廣泛存在的暗物質。田海俊等人的發現可能為這一理論提供了間接支持。
“然而，大於10倍太陽質量的MACHO與其他一些觀測結果存在衝突。不過，國際上對MACHO的其他觀測結果大都存在一些質疑”，田海俊補充道。
“關於該問題，我們提出了另外一種全新的解釋。”田海俊說，“寬距雙星在誕生之初，雙星所在星團的屬性（比如速度彌散、星團大小等）存在差異，導致不同星族的寬距雙星可能在形成之初的固有間距分佈上已經出現有不同程度的斷裂特徵，經過長期演化，這些固有的屬性依然存在。”
什麼導致了“雙胞胎”星的異常？
在另一項工作中，研究團隊又發現，寬距雙星樣本中“雙胞胎”星（即成員星具有高度相似的質量和亮度, 如圖2所示）的比例異常地高，該異常甚至在超過10000 AU的間距上依然存在。
這種觀測現象對傳統寬距雙星的形成及物質交換機制帶來了嚴峻的挑戰。
在寬距雙星的主流模型中，成員星之間可能未曾發生過物質交換。
在如此遠的間距上，“同胞”雙星的比例很高，應該是一種“愚蠢的”選擇效應。（池涵）
閱讀更多 科學網 的文章
