科研团队提出搜寻类太阳振荡的新方法
近日,以中国科学院云南天文台恒星物理研究团组联合培养研究生冯业正(山西大学理论物理研究所)为主导的研究团队,开发了一套新的搜寻类太阳振荡的方法,并对TESS南天区2分钟采样的观测目标进行了搜寻。相关成果于2026年2月25日正式发表在国际天文学期刊《天体物理学杂志增刊》(The Astrophysical Journal Supplement Series)。
类太阳振荡是星震学赫罗图中,数目最多,分布最广的一类振荡恒星,在具有对流外包层的恒星中都有可能被探测到。类太阳振荡的探测为验证恒星结构、演化理论和银河系考古提供了重要的观测约束。过去,由于观测手段的限制,能够探测到类太阳振荡的恒星数量比较有限,而TESS卫星的发射使得我们有机会在全天区搜寻类太阳振荡恒星。预计TESS将会观测到50万颗类太阳振荡恒星,然而当前探测到类太阳振荡恒星的数量远未达到预测。已有工作表明,已知的类太阳振荡在TESS观测的频谱中,仅有较小比例能够清晰地测得大频率间隔,这表明基于规律重复模式的探测方法可能会遗漏部分振荡信号较弱或模式不够清晰的观测目标。
针对上述问题,该研究采用了不依赖大频率间隔检测的识别思路,将功率谱中额外功率包络的存在作为判断依据,并结合人工校验确认搜寻类太阳振荡。该方法在一定程度上弥补了传统基于频率间隔识别策略的不足,提高了 TESS 大样本数据中类太阳振荡信号搜寻的数量。
首先,研究团队通过拟合已有的类太阳振荡恒星的功率谱获取类太阳振荡在频谱中的包络特征,然后依赖于获取的包络特征构建自动化识别类太阳振荡的程序。经过测试,程序实现了91.5%的探测率和2.7%误判率。最后研究人员通过视觉检查对类太阳振荡进行确认。在TESS第一年和第三年以2分钟采样模式观测的22万颗恒星中,自动化程序标记了16800颗恒星,最后,研究人员通过视觉检查从中确认了10548颗类太阳振荡恒星。
在此基础上,研究团队通过分段自相关技术计算了类太阳振荡的两个全局振荡参数——最大功率谱频率和大频率间隔,并且利用卡方扰动估计了它们的蒙特卡洛误差。此外,该研究还提出了一个新的判据来评估大频率间隔测量的可靠性,最终,为探测到的探测到的所有类太阳振荡恒星提供了最大功率谱频率的测量,为其中4775颗振荡恒星提供了大频率间隔的测量。
与已有研究相比,在这22万颗恒星样本中,该研究探测到的振荡恒星数量是最多的。此外,在这10548颗类太阳振荡恒星中有2972颗恒星是首次被探测到,其中约有一半振荡恒星的大频率间隔小于20μHz。在这4775颗恒星中,有1920颗恒星的大频率间隔是首次被测量。
该研究为在大规模空间观测数据中高效识别类太阳振荡提供了一种新的技术方法。在面对观测质量不好,信号不够清晰的情况时更能发挥其优势。在未来的巡天项目中,可通过该方法对前期一、两个月的观测数据进行初筛选,确定高价值观测样本进行后随长时序观测,能大大提高巡天项目的数据产出量。
本研究工作获得国家基金(卓越创新群体、重点、面上)、重点研发等项目资助。

图1:自动化程序对类太阳振荡恒星的探测率。蓝色直方图表示Hatt et al. (2023)搜寻到的类太阳振荡恒星随最大功率谱频率的分布;橙色直方图表示程序在其样本中搜寻到的数量;黑色线表示对其样本的探测率。

图2:探测到的类太阳振荡在H-R图中的分布。蓝色和橙色点分别代表提供了大频率间隔测量的振荡恒星和没有提供大频率间隔测量的振荡恒星,灰色点代表总样本中的恒星。

图3:不同研究在22万颗总样本恒星中探测到的数量。
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