北京天文馆研究人员利用TMTS发现一例极短周期极低质量红矮星双星系统

红矮星是指质量大于恒星质量下限（约0.08）而小于0.6倍太阳质量的恒星。他们一般处于主序演化阶段，位于赫罗图主序带右下端，因其恒星颜色偏红而得名，包括M型星和晚K型星，其中M型星居多。研究发现，小质量恒星普遍存在质径关系难题，大量的科学研究表明这绝不是偶然，即使我们采用世界上最精确的理论演化模型也不能消除这一现象。红矮星的质径关系难题具体表现为，对相同质量的小质量恒星，实际观测的恒星半径比用理论模型计算的要大5%～10%，而有效温度却要低3%～5%，但是两者光度一致。目前的恒星演化理论在大质量恒星和中等质量恒星上的应用比较成功，然而小质量恒星例外，这其中最主要的原因就是存在质径关系难题。当前，解决红矮星质径关系难题的最有效方法是通过分析大样本的分离红矮星食双星系统，并精确测定每颗子星的质量和半径。

图1 TMTSJ0803多波段光变曲线拟合图

清华-马化腾巡天望远镜（TMTS）是由4个镜筒直径41厘米的牛顿式镜筒组成，配备4kx4k的CMOS探测器，具有1.83角秒/像素的空间分辨率。在短时标（10秒）曝光模式下，非常适合搜寻和证认极短周期的红矮星食双星系统。TMTSJ0803就是这样一例极短周期，且极低质量的食双星系统。通过拟合多波段光变曲线（如图1所示）和视向速度曲线，北京天文馆科学研究部刘成副研究员与国内合作者发现这例双星系统的两颗子星有非常接近的质量和半径，然而他们只有太阳质量和半径的16%左右。因此我们认为如此低质量的红矮星是全对流恒星，并且他们的磁活动在双星快速绕转下得到增强，这可能导致我们测量到的恒星有效温度比理论预期低200 K左右。相比于前人大量工作中发现实际测量半径比理论预测值大5%～10%，本工作一个重要的发现是我们的测量半径比理论预测值小6%～10%。尽管这一恒星半径收缩现象很可能受到视向速度数据点比较少的影响，但是更有可能的解释是极低质量红矮星与中大质量的红矮星在质径关系上表现不一致。该研究结果已经发表在著名SCI期刊《皇家天文学会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）上，论文链接：https://academic.oup.com/mnras/article/531/1/1765/7675505。