长周期低质量比相接双星的光谱与测光研究：揭示V0508 And等四颗系统的演化状态与稳定性

《Monthly Notices of the Royal Astronomical Society》：Photometric and Spectroscopic Studies of Four Low Mass-ratio Contact Binaries with Period Longer than 0.7 days

本研究针对轨道周期超过0.7天的四颗低质量比相接双星（V0508 And、V0844 Aur、V0699 Cep和NSVS 6259046）开展了系统的测光与光谱分析。研究人员通过Wilson-Devinney程序解析光变曲线，结合LAMOST光谱数据探测色球活动，并利用O-C分析轨道周期变化。结果发现三颗目标呈现O'Connell效应，V0699 Cep表现出显著的色球活动；除V0844 Aur外其余三颗系统轨道周期持续增加。通过建立新的P-a经验关系计算绝对参数，确认所有系统均处于稳定状态。该研究为理解长周期相接双星的演化路径提供了关键观测依据。

　　

在浩瀚宇宙中，两颗恒星若距离足够近，会因引力作用形成双星系统。其中，相接双星（Contact Binaries, CBs）尤为特殊——两颗子星共享一个共同包层，如同宇宙中相互依存的"连体双星"。这类系统被视为研究恒星结构、形成机制和演化路径的"天然实验室"，但经过数十年研究，仍存在诸多未解之谜：轨道周期截断（orbital period cutoff）、质量比极限（mass ratio limit）以及光变曲线不对称的O'Connell效应等，尤其对周期超过0.7天的长周期系统认知更为有限。

针对这一研究空白，由山东大学空间科学与技术学院王义凡领衔的研究团队，在《皇家天文学会月报》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）上发表了针对四颗长周期低质量比相接双星的系统性研究。团队基于轨道周期>0.7天和振幅<0.4 mag的筛选标准，从ASAS-SN（All Sky Automated Survey for SuperNovae）巡天数据中遴选出V0508 And、V0844 Aur、V0699 Cep和NSVS 6259046四颗全食相接双星作为研究对象。

研究团队综合运用多台地面望远镜（宁波教育望远镜、新疆天文台望远镜）与空间巡天数据（TESS、ASAS-SN、SuperWASP、ZTF），通过Wilson-Devinney光变曲线拟合程序精确解析系统参数，利用LAMOST（Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope）光谱数据探测色球活动特征，并基于长期O-C（观测-计算）分析轨道周期变化规律。特别值得关注的是，团队针对长周期系统重新建立了P-a（周期-轨道半长径）经验关系，显著提升了绝对参数计算精度。

光变曲线分析与物理参数解算

通过W-D程序对NEXT等多源测光数据进行拟合，研究团队获得了四颗目标的精确物理参数。结果显示V0699 Cep（接触度f=37.3%）、V0844 Aur（f=37.7%）和V0508 And（f=43.2%）属于中等接触程度系统，而NSVS 6259046（f=64.4%）为深接触系统。所有系统均被归类为A型相接双星（主星温度高于次星）。质量比搜索结果显示四颗系统均具有低质量比特征，且全食特性保证了质量比结果的可靠性。

O'Connell效应与磁活动特征

研究发现V0844 Aur、V0699 Cep和NSVS 6259046均表现出明显的O'Connell效应（光变曲线极大值不对称），其幅度占主极小深度的比例分别为2.7%、11.6%和7.9%。通过冷热点模型测试，最终采用冷斑模型成功解释了这些现象：V0699 Cep的次星存在冷斑，V0844 Aur的主星存在冷斑，而NSVS 6259046则需要主星冷斑与次星热斑的组合模型才能较好拟合。这种可变O'Connell效应是磁活动的重要光变证据。

轨道周期变化分析

通过收集历史观测数据与最新测光结果，团队构建了四颗系统的O-C曲线。V0844 Aur未显示长期变化趋势，而V0699 Cep、NSVS 6259046和V0508 And均呈现明显的抛物线特征，表明轨道周期正在持续增加。根据质量转移模型计算，三颗系统的质量转移率分别为每年1.72×10^-7M_⊙、6.23×10^-7M_⊙和1.15×10^-7M_⊙。

光谱分析与色球活动探测

对LAMOST光谱的细致分析显示，V0699 Cep在H_α波段存在明显发射线，等效宽度达0.41 ?，表明其存在显著色球活动。而NSVS 6259046和V0508 And在观测时未显示色球活动迹象。这一发现尤其值得关注，因为V0699 Cep作为早型系统（温度高于5900 K），其色球活动强度在同类系统中相对较高，挑战了"色球活动仅存在于晚型星"的传统认知。

绝对参数与演化状态

团队创新性地利用44颗长周期相接双星样本建立了新的P-a经验关系：log a = 0.558 log P + 0.867，该关系在长周期区的拟合优度显著优于传统关系。基于此计算的绝对参数显示，长周期系统在相同质量下具有更大的半径和光度，表明其主星演化程度更高。通过Yildiz & Doan模型反推初始质量，发现次星初始质量均高于主星（例如V0699 Cep次星初始质量达2.572M_⊙，而主星仅0.888M_⊙），符合质量转移导致角色转换的演化场景。

系统稳定性与演化意义

通过计算自转角动量与轨道角动量比值（J_s/J_o），所有系统均低于1/3的达尔文不稳定性阈值，确认当前处于稳定状态。对217颗相接双星的统计分析发现，A型系统轨道周期显著长于W型系统，且长周期系统在质量-半径和质量-光度关系图中均显示出更演化的特征。

这项研究首次对长周期低质量比相接双星开展了系统性的多波段观测分析，揭示了早型系统中磁活动的存在证据，建立了更精确的长周期系统参数计算模型，为理解相接双星从 detached（分离）到 contact（相接）的演化路径提供了关键观测约束。特别是对质量转移过程、角动量演化以及稳定性判据的深入探讨，将推动相接双星演化理论的进一步完善，为最终揭示恒星"连体"现象的物理本质奠定坚实基础。