近日，上海天文台天体测量团队提出一种利用Gaia DR3天体测量“超额噪声”（astrometric excess noise）约束双星轨道倾角的新方法，可进一步提高双星系统中不可见伴星质量的估计精度。相关成果发表于国际天文学期刊《天文与天体物理》（Astronomy & Astrophysics）。

双星系统是研究恒星质量、恒星演化以及搜寻黑洞、中子星、白矮星等致密天体的重要对象。对于许多分光双星，天文学家可以通过恒星沿视线方向的周期性速度变化发现伴星。然而，仅凭视向速度观测通常难以确定轨道倾角，而这一参数会直接影响伴星质量判断：同样的速度变化，既可能来自较轻的伴星，也可能来自更重但轨道方向不同的伴星。

Gaia卫星正在以极高精度测量恒星的位置和运动。如果一颗恒星处在双星系统中，它会在伴星引力作用下产生微小“摆动”。这种摆动若不能被普通单星模型完全描述，就会在Gaia星表中表现为额外的天体测量偏差，即“超额噪声”。因此，超额噪声并不只是干扰信号，也可能记录了双星轨道运动留下的线索。

研究团队据此建立模拟框架，根据Gaia的实际扫描方式和测量精度，计算不同轨道倾角下双星系统可能产生的超额噪声，并与Gaia DR3星表中的观测值比较，从而筛选出与观测相符的轨道倾角范围，进一步限制伴星质量，如下图1所示。

图1：利用 Gaia DR3 天体测量超额噪声约束双星轨道倾角的示意结果。蓝色区域表示不同轨道倾角下模拟得到的超额噪声范围，红线表示 Gaia DR3 星表给出的超额噪声。通过比较模拟值与观测值，可以确定与 Gaia 观测相匹配的轨道倾角范围，从而进一步限制双星系统中不可见伴星的质量。

团队利用 Gaia DR3 中具有完整轨道解的双星样本进行验证。结果显示，在 221 个样本中，约 83.7% 的 Gaia DR3 轨道倾角落入该方法估计范围；对于天体测量信号更明显的样本，这一比例提高到约 92.1%。团队还将该方法应用于 Gaia BH1、Gaia BH2、LB-1 等含暗伴星候选系统，结果表明，对于轨道周期适中、观测覆盖较充分、超额噪声明显的系统，该方法能够有效缩小轨道倾角和伴星质量的不确定范围。

论文第一作者兼通讯作者廖石龙研究员表示：“Gaia星表中的超额噪声过去更多被看作影响天体测量解质量的指标。我们的工作表明，在双星系统中，它也可以成为揭示轨道运动的重要线索。”

共同通讯作者齐朝祥研究员表示：“该方法充分挖掘了Gaia DR3星表中已有数据的潜力。未来Gaia DR4将释放更丰富的历元天体测量数据，有望进一步提升双星轨道和暗伴星质量测定的精度。”

该论文共同作者还包括上海天文台博士研究生丁页、文尚宇和博士后武琦琦。该工作得到国家重点研发计划、中国科学院上海分院人才计划和中国科学院未来伙伴网络专项等项目资助。

论文链接：https://doi.org/10.1051/0004-6361/202452921

科学联系人：廖石龙 shilongliao@shao.ac.cn