近日，《英國皇家天文學會月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）和美國《天體物理學雜志》（The Astrophysical Journal）分別發表了中國科學院雲南天文臺雙星與變星研究團組博士研究生李福興和導師錢聲幫研究員等人對銀河系和仙女星系（M31）中大質量雙星形成和演化的系列研究成果。
大質量雙星是指雙星兩子星中至少有一顆子星是大質量OB型星的密近雙星系統，它們是產生X射線等高能輻射的源泉，同時最終將演化成中子星或黑洞等緻密天體，對解釋眾多的天文和天體物理現象具有重要意義。根據現時演化理論，在兩顆質量不等的分離雙星中，質量大的子星演化較快，首先膨脹充滿洛希瓣，並轉移物質給次星。這樣系統的軌道週期就要减小，同時質量比新增。當系統演化到質量比等於1的“雙胞胎”雙星（雙星中的兩子星質量接近相等）時，系統的軌道週期最短。經過這一臨界狀態後，系統的質量比發生反轉，物質從小質量星轉移到大質量星。系統搜尋並深入研究處於不同演化階段的大質量雙星，有利於探討大質量雙星的結構和演化行程。
《英國皇家天文學會月刊》中的工作介紹了銀河系中大質量雙星仙后座V375的演化狀態，其兩顆子星均為B型星。研究人員利用TESS空間巡天望遠鏡獲得連續光變曲線，重啓了這顆大質量雙星的綜合測光分析研究，並基於DASCH、KWS等122年的觀測數據，首次對目標星的軌道週期變化進行了全面分析研究（見圖1）。結果發現仙后座的兩子星之間存在著從小質量子星向大質量子星的物質轉移，處於質量比發生反轉後的慢速物質轉移階段。此外，一些統計結果得出，這些大質量半相接雙星都有週期長短不一的第三天體，仙后座的第三天體質量可能大於4.24個太陽質量。根據赫羅圖的演化位置（見圖2），大部分大質量半相接雙星的子星均處於主序帶。另外仙后座V375的次星演化年齡比主星的長，進一步證實其經歷了質量比反轉。它的第三天體光度貢獻估計揭示了第三天體同樣是主序星，形成分層的三星系統。
《天體物理學雜志》完成的工作是在距離約245萬光年的M31中發現2顆大質量的“雙胞胎”雙星。M31是離銀河系最近的漩渦星系，也是本星系群中最大的星系。它的結構特點、金屬豐度與銀河系很接近。研究人員利用西班牙拉帕爾馬島上2.5米望遠鏡的巡天觀測數據及DIRECT項目的觀測資料，從437個食雙星系統中搜尋到兩個大質量“雙胞胎”雙星，一顆是半相接雙星，另一顆是相接雙星（幾何結構見圖3），質量比分別是0.924和0.974。這些結果也表明處於快速物質交流演化階段的大質量“雙胞胎”雙星的數量是較少的。進一步的研究發現這顆“雙胞胎”相接雙星是通過case A物質交流演化而來的，並快要進入最小週期的臨界演化階段，較小的子星正在接收物質。而半相接的“雙胞胎”雙星則經歷了質量比等於1的演化階段，實現了質量比反轉，物質從小質量星轉移到大質量星。
兩項工作的結果揭示了不同的兩個星系（銀河系和M31）中的大質量雙星具有相類似的形成和演化行程。這些特殊大質量雙星系統的發現對研究大質量相接雙星的形成和物質交流演化等具有重要的科學意義。
該系列工作得到了國家自然科學基金重點專案等的資助。
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圖1仙后座V375的週期變化O-C圖。最上面圖中，數據點表現出開口向上的抛物線變化趨勢，表明仙后座V375週期正在線性新增。中間圖為偏心的週期性變化，底部圖為O-C殘差。
圖2仙后座V375在赫羅圖上的位置，綠色的實線是零齡主序，黑色的實線分別是2-14個太陽質量的恒星演化軌跡，紅色和藍色的實心星號分別表示仙后座V375的主次星。
圖3 M31中兩顆“雙胞胎”雙星的幾何結構。左圖是半相接雙星，次星充滿洛希瓣，主星非常接近充滿洛希瓣。右圖是相接雙星，相接度高達88%，次星存在一個熱斑。