云南天文台利用Gaia DR3数据预测天体测量型微引力透镜事件工作进展报道

云南天文台 王建成、苏婕 2023-11-14
  11月7日,国际顶级天文学术期刊《皇家天文学会月报》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society,MNRAS)在线发表了中国科学院云南天文台天体测量及应用研究组苏婕、王建成等人关于天体测量型微引力透镜事件预测研究的最新成果。
  引力透镜现象是描述背景源天体发出的光线在经过一个大质量物体(透镜天体)时发生了偏转的现象,当透镜天体为恒星量级天体时,引力偏转效应非常微弱,被称作微引力透镜效应。微引力透镜事件的研究可以从两方面着手:(1)由于光线被透镜星汇聚,导致观测到背景星的亮度增强,能探测到这个现象的微引力透镜被称为测光型微引力透镜。目前,绝大部分的测光型微引力透镜事件都能被监测和研究;(2)由于透镜星的引力作用,使得观测到背景星的位置发生变化,能探测到这种位置变化的微引力透镜被称为天体测量型微引力透镜,这类事件是极难被探测到,目前只有少数几次观测。
  天体测量型微引力透镜是目前唯一可以直接测量单颗恒星质量的工具,并可探测孤立的中子星、黑洞等致密天体,对天体物理研究有重要意义。从海量的Gaia DR3数据中精准预测其发生的时间和位置是空间和地面大望远镜成功观测这一事件的关键手段。
  该团组研究人员利用Gaia DR3数据从高自行、近距离和大质量三个方面挑选出大约820000颗潜在透镜星,建立更纯正、更完备的透镜星样本库,并发展二次配对算法寻找可能的背景星,获得27057个初步配对星对。通过计算星对在J2010-J2070时间范围内的少量相对位置数据点,找出星对最接近时刻和位置,并排除双星、共同运动星对和伪星,最终从海量的Gaia DR3数据中找到4500个天体测量型微引力透镜预测事件,这些事件由3558颗透镜星引起,其中有1664个事件为新的预测事件,有293颗透镜星可以引起两个或两个以上的预测事件,特别有趣的是,有5颗透镜星,每颗都可引起超过50起的预测事件(图1展示了透镜星61 CYG A和它引起的70个预测事件的背景星),将来通过对这些预测事件的观测,可以提高透镜星的质量测量精度。
图1:透镜星61 CYG A(红色方框)和它引起的70个预测事件的背景星(绿色圆圈)。
  未来,Gaia一旦发布恒星单次测量的数据,便可依据该预测方法,对Gaia任务期内的微引力透镜事件进行更为详细的预测,为精确测定单颗恒星的质量奠定基础。这项工作也可为哈勃空间望远镜、詹姆斯·韦布空间望远镜等空间设备进行微引力透镜事件的跟踪观测提供预测。另外,我国自行研发的大型巡天空间望远镜(CSST)即将发射,CSST成像分辨率高、像质好、天区覆盖面积大、波长覆盖范围广、波段多,近紫外波段极具特色,兼具多色成像与无缝光谱观测,拥有极强的发现暗弱天体、新天体、新现象的能力。CSST有两方面的天体测量观测优势:(1)对于星等大于18等的暗弱恒星,CSST观测恒星的自行和视差精度优于Gaia;(2)对于暗于Gaia的极限星等(21等)的恒星,CSST提供唯一的天体测量数据。因此,CSST将观测到大量密集天区,可大幅提高天体测量型微引力透镜探测的成功率,我们的预测方法可应用于CSST对微引力透镜事件的研究中。