近期，国际学术期刊《自然·天文》（Nature Astronomy）在线发表了由澳大利亚国立大学、德国马普太阳系研究所、海德堡理论研究所、中国科学院云南天文台等国际机构合作完成的重要成果。研究团队基于我国重大科技基础设施郭守敬望远镜（LAMOST）的低分辨率光谱数据，并结合欧空局盖亚卫星（Gaia）的双星轨道参数，发现短周期相接双星能够突破恒星磁活动的“饱和上限”，表现出更强的磁活动。这一发现揭示了物质转移驱动的较差自转在恒星发电机中的关键作用，并为理解恒星活动演化提供了重要观测证据。
恒星磁活动是表面存在对流层的冷星（如类太阳恒星）的基本物理特征，其能量来源于内部对流与自转的耦合作用。该过程通过磁流体发电机过程产生磁??；当磁场浮现至大气时，会在不同高度触发多种磁活动现象。色球层中的典型磁活动现象包括黑子周围的亮斑、横贯星盘的暗条结构和悬在星盘边缘的恒星珥。这些与磁场相关的过程能够加热色球大气，并在Ca II H和K谱线中产生发射。LAMOST的低分辨率光谱为探测这种磁活动特征提供了有效手段。
前人观测结果表明，恒星磁活动遵循关键规律：当自转周期较长（>3–10天）时，磁活动强度随自转加快而增强，符合磁流体发电机理论的预测；但当自转周期缩短至3–10天以下时，磁活动强度不再随转速增加而增强，而是趋于稳定水平（图2蓝线），即“磁饱和”现象。其物理本质长期未明，理论推测可能与恒星表面被黑子覆盖、动能–磁能转化效率的上限，或较差自转的缺失有关。
图1 ：LAMOST与Gaia望远镜及其对双星的观测想象图（图源：余杰）。
余杰团队利用LAMOST低分辨率光谱结合Gaia双星轨道数据，绘制了双星与单星的磁活动对比图（图2），并取得三项重要发现：
（1）在极短轨道周期（0.5–1天）的双星中，磁活动强度突破单星的饱和极限（图2），随自转加快而持续增强；
（2）当轨道周期缩短至约0.5天以下时，磁活动强度随转速增加反而减弱，在色球层中呈现“超饱和”现象的观测证据；
（3）样本中约93%的系统为相接双星，伴随显著的物质转移过程。
这一结果对揭示单星磁活动饱和机制具有重要意义。相接双星中的物质转移可驱动强烈的剪切运动，使α–Ω发电机效率突破单星极限。这为破解单星磁活动饱和机制提供了关键线索：单星可能因缺乏足够的差异自转而受到限制。更广泛地，这一研究也为理解恒星爆发活动、恒星辐射环境以及行星宜居性提供了新的物理视角。
“该研究清楚地表明，双星之间的相互作用会产生一些尚未被认识的现象，这突显了在极端环境下研究物理规律的必要性?！?——海德堡理论研究所（HITS）Saskia Hekker 教授总结道。
图2：单星与双星的磁活动对比。a.基于16,844颗Kepler/K2单星的自转周期–磁活动强度关系。当自转周期小于约2天时，色球磁活动强度达到饱和（蓝色虚线）。b.双星的轨道周期–磁活动强度关系。轨道周期小于约30天的双星，其自转几乎与轨道同步。2,095颗Gaia-LAMOST双星显示，在0.5–1天区间，磁活动强度持续增强，突破单星的饱和极限；当周期约小于0.5天时出现“超饱和现象”，即磁活动强度随转速增加反而减弱。
南京大学余杰研究员是该论文的第一作者和通讯作者。此研究还包括来自澳大利亚国立大学，海德堡理论研究所，海德堡大学，马克斯普朗克太阳系研究所，图林根州立天文台，悉尼大学，南昆士兰大学，中科院云南天文台，俄亥俄大学，弗罗里达大学，夏威夷大学，哥廷根大学，罗切斯特理工学院，北京师范大学的天文学家。本项研究得到了国家自然科学基金的资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41550-025-02562-2
