近日，中国科学院云南天文台双星与变星研究团组与乌兹别克斯坦兀鲁伯天文研究所团队合作，利用LAMOST、ZTF、TESS、Gaia和ASAS-SN巡天数据结合乌兹别克斯坦Maidanak天文台望远镜的后随观测数据，对天琴座RR变星IY Lyr开展了从脉动到轨道运动的系统性研究。研究发现，这颗曾被误认为食双星的天琴座RRc变星，很可能拥有一颗质量约为1.37倍太阳质量的致密伴星。这使其成为迄今少数几颗通过O-C、视向速度和天体测量三种独立手段共同证认的RRc变星双星候选体之一。相关成果发表在国际知名天文学期刊《天体物理杂志》（The Astrophysical Journal）上。

天琴座RR变星是一类古老的脉动变星，其年龄一般被认为超过100亿年，因此它们是研究银河系形成与演化的重要示踪体。根据脉动模式，它们可分为基模脉动的RRab变星和第一泛音脉动的RRc变星。长期以来，利用O-C方法发现的天琴座RR变星双星候选体绝大多数为RRab变星，RRc变星型样本极为稀缺。IY Lyr正是这样一个特殊的案例：历史上它曾被误认为是一颗大熊座W型食双星，但后续多项巡天数据均明确将其归类为RRc型变星，真实脉动周期约为0.3266天。然而，其性质此前始终未能得到深入研究。研究团队利用ASAS-SN、ZTF、TESS以及Maidanak天文台的多波段测光数据，共获取了180个光极大时刻，构建了高精度的O-C图（见图1）。分析显示，IY Lyr的O-C图同时包含两个显著成分：其一是抛物线型长期周期变化；其二是周期约为3.94年的周期性调制信号。后者可解释为光时轨道效应，即双星系统中伴星引力导致脉动信号到达时间发生周期性偏移。

图1. 上图：RRc变星IY Lyr的O-C图。黑色实线表示向下抛物线和周期性变化成分的组合。红色虚线表示抛物线成分。浅灰色阴影区域表示最佳拟合模型的一个标准偏差内的范围。中图：减去抛物线成分的O-C₁残差。下图：去除抛物线和周期性变化成分的O-C残差。

研究团队进一步利用LAMOST低分辨率和中分辨率光谱数据获取的IY Lyr视向速度信息，采用多种模板精确扣除脉动引起的视向速度贡献，发现残差与O-C轨道解预测的视向速度曲线高度吻合，从而从光谱角度独立验证了伴星的存在。更进一步的，团队利用Gaia DR2与DR3之间自行数据的差异，结合O-C轨道参数，发展了一套约束轨道倾角和升交点经度的方法。计算得出轨道倾角为94.2度，进而推得伴星质量为1.37倍太阳质量。图2展示了该双星系统在天球面上的轨道投影，清晰地呈现了脉动主星（黑色曲线）与不可见伴星（红色曲线）的相对运动轨迹。至此，研究对象的双星身份得到了O-C、视向速度和天体测量三种独立手段的交叉验证。

图2. RRc变星IY Lyr双星系统在天球面上的投影轨道。黑色曲线显示了脉动主星的轨道，红色曲线显示了不可见的致密伴星的轨道。绿色和蓝色箭头分别表示Gaia DR2和Gaia DR3历元的轨道速度（以毫角秒每年为单位）。橙色箭头表示二元系统的系统固有自行。

研究团队注意到伴星质量恰好位于白矮星钱德拉塞卡极限与典型中子星质量分布峰值的交界处，经系统分析后，指出中子星解释更为自然。首先，该质量无需借助吸积增生长达数十亿年的历史即可形成，而白矮星解释则需要通过双星吸积使质量从约1.1倍太阳质量增长至当前值，但IY Lyr约2 – 5天文单位的轨道间距和主星仅约0.61倍太阳质量的条件难以支持有效的物质转移。通过轨道积分，研究团队还确定了IY Lyr的银河系轨道参数。结合其金属丰度和α元素增丰等性质，IY Lyr被确认为一颗年龄约为130亿年的厚盘星。

该工作揭示了天琴座RR变星伴星探测的未来趋势。一方面，多手段交叉验证将成为标配：单一的O-C方法容易受到脉动周期自身起伏（如布拉日科效应）的干扰，而O-C、视向速度与天体测量三者的协同可大幅提高发现的可靠性。另一方面，未来随着Gaia DR4时间序列天体测量数据的释放，天文学家将能够直接获取恒星的位置变化，从而以更高精度测定轨道参数，甚至发现目前手段难以探测的小质量伴星系统。此外，本工作还将IY Lyr与一颗位于银晕的RRab双星候选体OGLE-BLG-RRLYR-20376进行了对比：二者主星轨道参数惊人相似，却分属厚盘和晕族。这种跨星族的比较研究有望揭示不同星族中双星形成效率和演化路径的差异。

该研究得到了国家重点研发计划“政府间国际科技创新合作”重点专项、中国科学院国际伙伴计划、云南省基础研究计划、中国载人航天工程、中国科学院“西部之光”人才培养计划以及云南省“兴滇英才支持计划” 的资助。

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