寻找处于双星系统中的致密天体（黑洞、中子星和白矮星）是现代天文学理解恒星演化及超新星爆发机制的关键。由于双星系统中致密天体的热辐射极微弱甚至缺失，利用监测其伴星运动的动力学方法，已成为探测银河系“休眠”致密天体族群最直接且最可靠的途径。通过长期的视向速度观测，可以精确刻画伴星在致密天体引力牵引下的轨道运动，并直接推导出系统的质量函数，从而准确“称量”出这些双星中的致密天体。
目前，依靠动力学方法发现的致密天体双星样本，大多数集中在轨道周期仅为数小时至数天的密近系统中，其光学伴星的轨道半长轴尺度通常小于0.1 AU（太阳与地球之间的距离）。这种密近系统因具有剧烈的视向速度变化而易于被探测，厦门大学团队前期的搜寻工作获得了数十个此类候选源。然而，这种对密近系统的“观测偏好”受制于多重客观因素：一方面，易被搜寻的轨道参数空间在算法与模型上偏向于密近双星；另一方面，宽轨道双星需要跨越数年的基线才能捕获一个完整的轨道周期，搜寻工作高度受限于观测时间与观测次数的积累。
从双星演化历程来看，这些密近系统往往只是特殊阶段，是经历过共有包层演化或其他剧烈相互作用后的产物。但在双星演化的全图景中，必然存在着大量轨道半长轴在AU尺度（轨道周期在100至1000天）的宽轨道双星系统。与密近双星不同，这些系统的成员星之间相距较远，伴星尚未经历剧烈的物质剥离或潮汐瓦解，从而更多地保留了双星系统原始的物理状态与演化信息。虽然近年来依托盖亚卫星的高精度天体测量信息，在宽轨道致密天体的搜寻中已取得重要进展，但唯有基于视向速度测量的动力学方法，才能通过对轨道运动的精细刻画，最终给出最直接、最可靠的轨道参数约束与质量限制。
因此，实现从 0.1 AU 向 1 AU 尺度的跨越，是完善致密天体族群的必经之路。随着 LAMOST恒星光谱巡天数据的持续累积，观测基线已超越十年跨度，这为打破尺度限制、在“动力学深水区”捕获那些长轨道周期的致密天体提供了前所未有的机遇。
针对长周期系统视向速度变化微弱且基线要求高的难题，整合 LAMOST 的低分辨率（LRS）与中分辨率（MRS）光谱变得顺理成章。科研团队的策略是将LRS早期的历史观测与MRS近年的高精度数据进行“相位接力”，将有效观测基线直接拉长至十年以上，从而能够跨越多个周期对候选目标进行持续追踪。
研究人员利用LAMOST时域光谱，基于恰当的选源标准获取了74个含致密天体候选体的宽轨道双星系统。这些系统的轨道周期介于数十天至一千余天，视向速度半振幅均小于50 km/s，对应质量函数位于0.03至0.94倍太阳质量之间（见图1）。相较于先前工作，本研究发现的宽轨道双星候选体显著填补了宽轨道参数空间的空白。
图1：74个候选源的轨道参数分布，白色圆圈标记出Liu2024中的候选源，彩色圆圈代表本工作所得目标
针对这些候选源，研究人员进一步利用 MCMC 采样算法对六参数轨道模型进行拟合。图2展示了9个目标的最优轨道解及参数统计误差，结果表明，每个目标的轨道解均得到了良好约束。
图2：9个候选体的轨道解。红色曲线标注了最佳轨道解，橙色雾状区域表明了轨道解的误差。
通过比较质量函数比与主星平均密度，研究人员将样本划分为三类。如图3所示，核心发现是A类（橙色）系统，即主星仍处于主序阶段、且极可能携带大质量致密天体的候选源。相比之下，B类（黄色）虽然表现出类似的高质量函数比，但由于主星已演化至巨星或亚巨星阶段，双星光度比悬殊，尚不能排除次星为大质量主序星的可能。C类（青色）则涵盖其余质量函数比相对较低的源，其中可能存在一定比例的普通双恒星系统。
图3：通过将质量函数与恒星参数相结合，研究人员识别出4个具有主序伴星的强致密天体候选系统（Class A）；9个可能包含致密天体与巨星/亚巨星伴星、或经历质量反转的Algol型双星系统（Class B）；以及61个质量比较低的候选源（Class C）。
经过匹配，Gaia DR3 的非单星星表（nss_two_star_orbit）共包含该样本中的16个候选源。值得特别指出的是，这些交叉源的轨道解均与研究人员的动力学反演结果一致。该结果有力表明，长期光谱监测在搜寻宽轨道双星系统中的致密天体，以及检验轨道物理模型方面发挥了不可替代的作用。随着 LAMOST恒星光谱巡天进入下一个十年基线，并结合盖亚卫星后续释放的更高精度天体测量数据，未来有望构建包含致密天体的宽轨道双星系统大样本数据库，从而有助于揭示致密天体的质量分布规律，进一步完善双星演化图像。
相关论文以“Probing Compact Objects in Wide-Orbit Binaries with Joint LAMOST LRS and MRS”为题，已被天文学术期刊 《Astrophysical Journal》接受发表。第一作者为厦门大学天文学系刘浩彬博士研究生，通讯作者为厦门大学顾为民教授。
该成果得到国家重点研发计划项目和国家自然科学基金重点项目的资助。