牛郎星和织女星相隔天河、遥遥相对;相比它们而言,宇宙中许多恒星是非常幸福的,因为它们身旁就有自己的恒星伴侣存在。两颗惺惺相惜、相互绕转的恒星系统被称为双星系统。天文学家普遍认为,大约有一半的恒星是处于双星系统中的。一个很自然的问题是:这些双星系统是青梅竹马,还是一见钟情呢?换句话说,它们是从诞生就在一起的,还是后来相遇的情侣呢?
这个问题还可以继续八卦下去,有多少这样的恒星伴侣白头到老,又有多少劳燕分飞了呢?这些看似狗血的问题,对于天文学家而言可都是举足轻重的大问题。因为它们可不仅仅是这些小两口的家务事,而是真真切切关系到宇宙演化的大事情。
2017年诺贝尔物理学被引力波的发现者所获得。至今为止,人类探测到的所有的引力波事件都是大质量的双星系统死亡的时候搞出来的大事件!如果我们不清楚宇宙中有多少这样的恒星家庭,我们就无法知道人类探测到的引力波事件的统计意义在哪里。
2011年诺贝尔物理学奖颁发给了发现宇宙加速膨胀的两个研究团队。他们不约而同使用一类特殊的超新星——Ia型超新星——来研究宇宙的膨胀速度。而Ia型超新星正是由双星系统(一般认为其中至少有一颗白矮星)并合产生的大爆炸!可是天文学家们从理论上还无法预测一个星系里面到底能够产生出多少这样的超新星来。
我们知道这二十多年以来天文学家已经发现了数千颗太阳系以外的行星,其中有一些非常适合生命的产生。那么问题来了,为什么有些恒星有伴侣恒星,有些是单身狗,而还有一些却是行星伴侣呢?所以,虽然双星的研究在整个天文学领域大多非常低调,但在行内看来,这可是一个非常重要的研究问题,上可联系宇宙的存续,下可探究生命的起源,是不可不查的重要课题啊。
双星的观测研究是现代天文学中比较古老的课题了,自从有了天文望远镜,天文学家就已经注意到了有很多恒星成对儿出现的现象。然而双星的理论研究还处于初级阶段。理论家提出了两种双星形成的理论,一种认为恒星诞生于气体云核之中,云核分裂形成双星;另一种认为原恒星形成后围绕在它周围的气体盘因动力学不稳定而分裂形成第二颗伴星。但是这两种理论都缺少直接观测证据的支持,还有很多理论细节仍然有待商榷。
此外,双星诞生以后并不会一成不变,它们可能会合并形成一颗质量更大的恒星,也有可能相互交换质量而改变两颗成员星的质量比,还有可能因为“第三者”的介入——第三颗恒星从旁边经过而产生引力扰动——导致一对双星分离开来,形同陌路。在恒星密集的环境中(例如星团内),两颗单身恒星还有可能邂逅并一见钟情,组成一个新的双星家庭。
我们对50000多颗我国LAMOST光谱巡天项目观测的主序星(处于成年时期的恒星)中的双星开展了统计研究。我们惊讶地发现场星中的一些双星已经在它们诞生的早期就分道扬镳了,而另一些双星则始终坚守在一起,直到今天。换句话说,场星中很多双星没有熬过“七年之痒”,就早早地“离婚”了。
这一发现使人们首次认识到今天看到的场星双星已不是原初的状态了,而是被残酷的大自然筛选过的结果。这个信息对于研究双星自身的演化和研究宇宙的演化都是至关重要的。在人类社会中,坚定地抗过了初期的各种诱惑后,这样的婚姻通常可以走得很远,恒星世界看来也是如此的。