给本科生上课的意外收获！南大副教授感叹“不可思议”

“这个发现多难得，就像从大海里捞起两颗珍珠。”谈及自己最新发表的论文成果，南京大学天文与空间科学学院副教授张曾华如是说。

这两颗珍珠，一颗是白矮星，一颗是超冷亚矮星。它们“相伴而行”，是极为罕见的双星系统。这一发现不久前发表在英国《皇家天文学会月刊》上。

与双星系统的相遇，颇有戏剧性。直到现在，张曾华提起当时的发现过程也觉得“不可思议”。

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录屏是个好习惯

2023年3月，在为南京大学本科生开设的早期科研课程中，张曾华为3名本科生讲解如何使用巡天数据库来发现宽距双星系统。

其间，张曾华想给学生做个示范，临时决定用盖亚巡天数据星表搜索白矮星+超冷矮星的宽距双星系统。这类双星的两颗伴星同时诞生，其中，超冷矮星伴星可以作为年龄基准。它们具有相同的银河系轨道，因此可以通过共有自行（角速度）发现它们。

张曾华使用了TOPCAT虚拟天文台软件对100秒差距（即326光年）以内的天体进行了双星交叉匹配，找到了3000多对具有相同自行和距离的宽距双星。

为了找出其中的白矮星+超冷矮星的双星系统，张曾华将这些双星放入赫罗图中做筛选。赫罗图显示的是天体光度-温度参数空间，可以很好地区分白矮星与超冷矮星。在赫罗图中，天体分布呈现上亮下暗、左热右冷的特点，其中白矮星序列在高温低光度的左下角，超冷矮星在低温低光度的右下角。

使用TOPCAT可以将星表绘图可视化，并可以和星表交互。在筛选超冷矮星时，张曾华信手圈出赫罗图中右下角的几个符合条件的“红点”。其中一个因为位置偏僻差点被忽略，张曾华在画圈时，堪堪将它纳入。

将这几颗超冷矮星候选体与已知的褐矮星的星表进行比对后，张曾华发现，其中有颗超冷亚矮星是他之前研究过的。不会这么巧合吧？超冷亚矮星本身很稀有，而这颗的轨道还那么特别，它竟然还有颗伴星？

“是个双星吗？它是个双星？”张曾华一遍又一遍地问自己，声音中带着点兴奋的颤抖。谁能想到随便一搜，就遇到科研“爆款”！

张曾华一边给学生继续讲解，一边寻找双星的证据：

自行非常大，符合！

两颗星的自行相同，没错！

这时的张曾华并没有被数据冲昏头脑，依然保持怀疑。他甚至还在和学生们调侃，说不定它们的间距非常近，是同一个源，那么就不可能是双星。

“哦？18个角分，不是很小。”这两颗星的间距让张曾华收起调侃的态度，严肃起来，“我们进一步验证一下。”通过检查发现，这颗疑似的伴星也确实是落在赫罗图的白矮星序列上。这样就能排除两个目标源是同一颗星的可能性。

通过检查对应星图，双星系统的可能性不断增加。他将2010年和2015年观测图像切换，两颗星的共有自行轨迹非常明显。这就确认了它们是一个白矮星+超冷亚矮星宽距双星系统。

以上的一切都被视频记录了下来。张曾华为方便学生们课后复习，每次上课都会录屏，没想到却录下了如此具有纪念价值的时刻。

在视频中，确定双星系统的那一刻，张曾华不由自主地发出一声欢呼，对学生笑着说：“这个可以写篇论文了。”

真的是随手就搜出了双星系统吗？

是，也不是。

与“老友”重逢

事情要从2018年说起。

那一年，张曾华在巴黎文理大学/巴黎天文台做博士后阶段的研究，他以前在英国的同事Leigh Smith博士发现了一颗自行极高的超冷亚矮星——VVV 1256-62，希望张曾华帮忙对其进行光谱分类。虽然张曾华建立了最新的L亚矮星光谱分类系统，但由于当时观测的光谱信噪比较低，流量矫正不对，因此很难给出准确的光谱型。

随后，张曾华用欧洲南方天文台在智利建造的大型光学望远镜——甚大望远镜，拍摄了VVV 1256-62的连续的光学—红外光谱，确认了它的光谱型是 L3 subdwarf (sdL3)， 限定了它的温度和金属丰度。

“太阳附近的大多数恒星和太阳具有相近元素丰度。但亚矮星的碳和铁等重元素的含量要少得多。其中温度最低的被称为超冷亚矮星。”张曾华解释说。

根据新测量的径向速度和欧洲盖亚天体测量卫星观测的距离和自行，张曾华与同事计算出它的银河系轨道。相关成果于2019年发表。

“当时，Smith主要使用多次观测的2微米波段的红外图像解算的自行星表，发现了VVV 1256-62。它是星表里3亿多颗天体里自行最大的。”张曾华告诉《中国科学报》。

因为这份缘起，所以张曾华这次给本科生讲解时“随手”搜的就是VVV 125-62所在的区域，并且意外发现在VVV 1256-62旁边，有一颗与它自行相同的白矮星。它们组成一个双星系统VVV 1256-62 AB。这颗早先被发现的超冷亚矮星是这个双星系统的次星，名字也被改为VVV 1256-62 B。新发现的白矮星则是主星，被命名为VVV 1256-62 A。

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“VVV 1256-62 A在2微米波段非常暗，所以上次几乎没有被探测到，错过了宽距双星系统的发现。而且，这颗白矮星主星处在银盘附近，背景星很拥挤，因此光学波段的盖亚空间天体测量卫星2018年发布的第二版星表也没有收录它。直到盖亚有了足够长时间的观测，在2022年发布的第三版星表才解算出它的自行和距离。”张曾华解释说。

超冷亚矮星，即贫金属（氢氦之外的元素）的超冷矮星，是诞生于宇宙早期的稀有天体。由于它们温度低、光度低，很难被望远镜探测到，也就很难被研究刻画。目前已知的L亚矮星不足百颗，宽距双星系统更是稀有。

2019年，张曾华发现了首个L亚矮星双星系统。“那是唯一的L亚矮星金属丰度基准星，我们对这个冷亚矮星+超冷亚矮星系统进行了后续观察研究，今年用韦布空间望远镜观测了次星的红外光谱，还用VLT观测主星和次星的光学红外光谱。”张曾华表示。

这一次是他发现的第二个L亚矮星双星系统。“也是觉得有些意外，毕竟双星系统那么罕见，而且这次发现的白矮星+超冷亚矮星所在银河系轨道还这么特殊。”

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跳一曲银河华尔兹

宇宙浩渺，星辰无限。

为探测这些天体，人类修建各种设备，观测记录数十亿天体的信息及其变化。这些星体有些亮度高，有些速度快，会被很快捕捉并发现，而那些亮度低、速度慢的则需要长时间方能捕捉到变化。

这次张曾华发现的VVV 1256-62 AB双星系统就是在5年时间跨度中，因为变化轨迹“明显”最终被确认。而被捕捉到的光，是从距离地球250光年外的地方发出，历经人类的250年，抵达地球，被望远镜记录。

“做天文的观测发现，如同‘大海捞珍珠’，运气有时候会起作用，但是数据和观测资源、合理规划策略和有效的操作方法，都是必不可少的。如果是做天文学的理论研究，必要的知识技能，以及把握研究方向和寻找科学问题的能力更重要，运气基本起不到作用。”对于此次发现，张曾华如此总结。

在2023年发现VVV 1256-62 AB双星系统后，张曾华找到不同方向的科学家，帮忙进行白矮星年龄等信息的分析。

前述3名本科生中，有的帮忙计算了银河系运动速度，有的用张曾华介绍的方法继续搜寻褐矮星双星系统，并且已找到了约几十对褐矮星双星候选体。因为各自的贡献，他们也成为这篇论文的共同作者。

找到了主星白矮星，也为科研人员研究其超冷亚矮星伴星提供了帮助。“超冷亚矮星的温度随时间变化，我们又无法测量其年龄，所以难以研究刻画。但是我们能较准确地限定白矮星的年龄。因为双星是同时诞生的，所以有了白矮星的年龄，也就知道了超冷亚矮星的年龄。这样的年龄基准星，对我们研究贫金属超冷大气有非常重要的意义，比如校正和改进超冷大气模型。而超冷大气模型可以用来研究刻画气态系外行星的大气。”张曾华解释说。不仅如此，这项研究结果还会对恒星的形成与演化等领域产生影响。

在张曾华后期制作的双星轨迹运动视频中，白矮星和超冷亚矮星在约翰·施特劳斯“第二圆舞曲”的伴奏下，跳起“双星”华尔兹，穿越了时空，展现在人类眼中。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1093/mnras/stz2196

https://doi.org/10.1093/mnras/stae1851