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社员田海俊在双星研究领域取得两项国际重要成果
发布日期:2019-11-07 来源:九三学社宜昌市委
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由我社社员田海俊、加州大学伯克利分校Kareem El-Badry、马克思普朗克天文研究所Hans-Walter Rix等人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的双星开展了系统研究。近日,他们在这方面取得了两项重要的研究成果。这两项成果分别被国际权威天文期刊《天体物理期刊增刊》和《皇家天文学会月报》正式接受发表(arXiv:1909.04765, 1906.10128)。

观测表明,银河系中有相当大一部分恒星以双星形式存在。长期以来,双星被认为是小尺度上银河系引力势能的强大探针,同时也常被用于研究恒星的形成和演化过程。开展双星的课题研究,对银河系中暗物质的属性限制,以及恒星乃至银河系的形成与演化历史的追寻至关重要。该团队正是基于这样的科学目标,对高精度测量的双星大样本,不断深入开展相关的统计研究,并取得了可喜的成果。

第一项研究成果是由社员田海俊博士主导完成。他从Gaia卫星发布的十亿多颗恒星中提炼出了两万多对纯净的远双星样本,在100倍至20万倍日地间距范围内详细统计了这些远距双星的间距分布特征,并着重分析了这些分布特征随不同星族的变化规律。研究发现:不同星族双星在1万倍日地间距范围内基本服从单一的幂律分布,但在更远间距上幂律分布发生断裂,且不同年龄的双星断裂程度不同,如图1所示,年老的银晕(Halo-like)双星比年轻的银盘(Disk-like)双星断裂的更严重。这些重要发现为估算银河系中暗物质质量、比例等属性,及为追溯双星的形成和演化历史提供了有力的观测支撑。

图1. 三类远距双星的间距分布

第二项成果是从第一项课题中延伸而来,该课题由加州大学伯克利分校博士生Kareem主导完成。田海俊等人在开展第一个课题的研究过程中对双星的亮度进行统计时惊奇地发现,样本中“双胞胎”双星(即成员星具有相同质量和亮度,如图2所示)的比例异常地高,甚至在超过1万倍日地距离的间距上,该异常依然存在(如图3所示)。这种令人难以置信的现象使团队其他成员一度认为是某种选择效应所致,而田海俊博士经过仔细分析后坚信这种现状的真实性,经反复沟通后最终说服团队其他成员不应轻易忽视这一观测现象,该现象背后可能潜在重要玄机。在后续的研究中,Kareem从多个角度对这一现象进行了详细的定量分析,证实了该异常现象的真实性,这对传统远距双星的形成机制带来了严峻的挑战,研究团队对“双胞胎”双星的形成与演化机制重新给予了合理的解释。

图2. 几对质量为0.5倍太阳质量的“双胞胎”双星

图3. “双胞胎”双星在亮度、角间距及物理间距上均表现出高比例异常现象

据悉,匿名审稿人在评价田海俊博士主导完成的研究成果时指出“我猜该文章应是所有评阅人的梦想之作”,国际顶级的银河系研究专家、文章的合作者之一、德国马克思普朗克天文所所长Hans-Walter Rix在随后祝贺信中说“在我30多年的研究生涯中,从未得到过如此的评价”。

通常天文领域公认有三大国际权威期刊,即《天体物理期刊》(英文:The Astrophysical Journal, ApJ)、《天文学与天体物理学》(英文:Astronomy & Astrophysics, A&A)及英国《皇家天文学会月报》(英文:Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, MNRAS)。截止目前为止,田海俊博士在三大期刊上共发表学术论文8篇,其中在ApJ(主刊,影响因子大于5.5)上发表论文3篇,ApJL(快报,影响因子大于8.3)上发表论文1篇,ApJS(增刊,近三年平均影响因子10.4)上发表论文2篇,A&A(影响因子大于6.6)上发表论文1篇,MNRAS(影响因子大于5.2)上发表论文1篇。

这些研究成果受国家自然基金(面上:11873034、重点:U1331202)、湖北省杰出青年基金(2019CFA087)、三峡大学“青年拔尖人才”培育基金等项目的资助。

(九三学社宜昌市委会 田海俊)