四年前，我国著名科普作家刘慈欣凭借其科幻小说《三体》获得“雨果”奖，在国内掀起了一场不小的科普热。
小说中的“三体”是三颗相互环绕的“太阳”，由于运动的无规则性及相互之间复杂的引力扰动，致使生活在那里的“三体文明”经受了百余次毁灭与重生，最终逼迫他们打算逃离这种无常的“三体”母星。
研究表明，宇宙中超过一半的恒星都是以双星或多体系统存在的“两体”就是宇宙中普遍存在的双星系统，相对“三体”，它们要简单很多。如果双星之间距离超过了100 AU （天文学将一倍日地间距定义为1个天文单位，即1 AU），我们通常称这类双星为宽距双星，反之，称为密近双星。
如果“三体”像科幻小说中讲述那样会给文明带来灾难，让人难以琢磨，那么你有没有思考过看似简单的“两体”？它们能为人类揭示什么重要的宇宙秘密？
“两体”也不简单
由三峡大学天文与空间科学研究中心、加州大学伯克利分校、马克斯普朗克天文研究所等多个单位组成的研究团队利用欧空局盖亚卫星的巡天数据对太阳邻域的宽距双星开展了系统研究。近日，该团队完成了两项新的研究成果。
其中一项发现，宽距双星的间距分布并非像传统假设那样服从一个单一的幂律谱，而是在大约0.1 pc（秒差距，1 pc 大约为3.26光年）的间距处，不同星族的双星其间距分布发生了不同程度的断裂，该断裂特征蕴藏着重要的物理机制，这项成果被国际权威天文期刊《天体物理期刊增刊》正式接受，即将正式出版；另一项研究发现，宽距双星样本中“双胞胎”星的比例异常地高，甚至在超过1万AU的间距上，该异常依然存在，该成果已正式发表在英国《皇家天文学会月报》上。
论文的主要作者之一、三峡大学田海俊博士告诉《中国科学报》，宽距双星是最简单、最小、最脆弱的天体系统之一。由于成员星离的较远，宽距双星的轨道十分脆弱，极易受到外界引力或内部成员星演化所扰动甚至破坏，它们被认为是小尺度上银河系引力势能的强大探针。因此，开展对宽距双星间距、质量比等物理属性的统计分析，可以有效探测银河系中晕族大质量致密天体（MACHO），并限制MACHO的质量、密度等属性，同时可以追寻双星乃至银河系的形成与演化历史。
中国科学院紫金山天文台袁强研究员告诉《中国科学报》：“在天文学中，MACHO被认为是一种重要的暗物质候选体”。
“关于双星如何形成的问题，目前天文界尚不十分清楚，国际上主要有两种可能的形成机制。”中国科学院国家天文台研究员刘超说。
密近双星（上图）和宽距双星（下图）可能的形成机制。（上图来源于美国国家射电天文台NRAO，下图来源于阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列ALMA网站）
“密近双星可能形成于碎裂的公共星周盘，在一个分子云中，通过自身引力对周围的气体和尘埃的吸积，一颗原恒星逐渐诞生，并在周围形成吸积盘，随后在吸积盘内部，又逐步形成第二颗原恒星，随着时间的演化，最终形成两颗相互围绕的轨道双星，如图1（上）左、中、右子图所示”，中国科学院云南天文台陈雪飞研究员解释道。
“目前这两种模型或多或少都存在无法解释一些观测现象的问题。”刘超向记者强调。
改变国际上双星间距分布观念
田海俊说，双星间距的幂律分布发生断裂，国际上一般猜测是由于外界物体（比如MACHO）的引力扰动所致。如果是这样，根据宽距双星间距分布上的断裂位置，可以有效限制具有什么属性（质量和密度等）的MACHO能够导致这样的断裂。
要破坏间距为0.1 pc的双星，根据太阳邻域的暗物质密度可以粗略估算出至少需要10 M⊙的MACHO分布在银晕中，也就是说银晕中可能存在大量的10倍以上太阳质量的致密天体（比如黑洞）。
科学家曾猜测银河系中分布有大量的原初黑洞，这些原初黑洞可以提供解释银河系旋转曲线所需的额外引力，即暗物质。2015年激光干涉仪引力波天文台探测到质量约30 M⊙的双黑洞并合产生的引力波，这类大质量黑洞的形成机制尚不明确，有人认为它们可能是宇宙大爆炸极早期产生的原初黑洞，并且可以解释宇宙中广泛存在的暗物质。田海俊等人的发现可能为这一理论提供了间接支持。
“然而，大于10倍太阳质量的MACHO与其他一些观测结果存在冲突。不过，国际上对MACHO的其他观测结果大都存在一些质疑”，田海俊补充道。
“关于该问题，我们提出了另外一种全新的解释。”田海俊说，“宽距双星在诞生之初，双星所在星团的属性（比如速度弥散、星团大小等）存在差异，导致不同星族的宽距双星可能在形成之初的固有间距分布上已经出现有不同程度的断裂特征，经过长期演化，这些固有的属性依然存在。”
什么导致了“双胞胎”星的异常？
在另一项工作中，研究团队又发现，宽距双星样本中“双胞胎”星（即成员星具有高度相似的质量和亮度, 如图2所示）的比例异常地高，该异常甚至在超过10000 AU的间距上依然存在。
这种观测现象对传统宽距双星的形成及物质交换机制带来了严峻的挑战。
在宽距双星的主流模型中，成员星之间可能未曾发生过物质交换。
在如此远的间距上，“同胞”双星的比例很高，应该是一种“愚蠢的”选择效应。（池涵）
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