发现最紧凑的3+1型四星系统 TIC 120362137

拥有四颗太阳的类太阳系

想象把我们单一的太阳替换为四颗恒星，且全部挤在比木星轨道更小的空间内。这正是天文学家在天鹅座的遥远区域发现的：已知最紧凑的四星引力系统，呈一种特殊的“3+1”构型。研究这场紧密编排的恒星舞蹈有助于科学家理解多星如何形成、相互作用以及最终死亡，甚至可能揭示一些奇异天体——例如成对的致密恒星核心——如何产生。

微小邻域中的四颗恒星

该系统名为 TIC 120362137，被天文学家称为分层四重星。两颗恒星形成了一对紧密的食双星，彼此绕转的周期为每 3.28 天。第三颗恒星每 51.3 天绕着这个内侧双星运行，三者共同被挤压在一个与水星绕太阳轨道相当的区域内。第四颗类似太阳的恒星以约 2.9 年的周期环绕这个紧凑三体，其轨道尺度也处在相当于我们太阳系中木星轨道以内的距离。尽管存在四个独立轨道，整个系统却异常平坦有序：所有轨道平面的夹角仅数度之内，这表明四颗恒星可能都源自同一片薄而旋转的气体和尘埃盘。

天文学家如何发现隐藏的伴星

这件事始于 NASA 的凌日系外行星巡天卫星（TESS），它监视天空大片区域以寻找极小的恒星光度下降。TESS 观测到每 3.28 天出现规则且锐利的食现象，揭示了一对一颗恒星掠过另一颗的紧密双星。但光变曲线也显示出更罕见、更长时间的一到两天的暗淡事件：内侧双星与第三颗恒星交替发生的额外掩食。通过精确计时这些事件并追踪食时刻的微小偏移，天文学家推断出第三颗恒星存在并沿 51.3 天轨道运行。更令人疑惑的是，食时的缓慢额外变化提示着一颗看不见的第四颗恒星的引力正在牵引内侧三体。

给四颗恒星称重并测量它们

为确认该系统的真实性质，研究团队组织了全球地面望远镜的观测活动。他们在不同颜色滤光片下记录了更多食次，并获取了高分辨率光谱，将恒星光分解为各个波长分量。利用能够解开重叠光谱线的复杂计算技术，他们分别探测到了四颗恒星的光谱特征并测量了每颗恒星相对地球的速度变化。将这些视向速度曲线与 TESS 和地面光变曲线结合进一个统一的“光谱-光变-动力学”模型，允许他们以惊人精度——常优于百分之一——求解恒星的质量、半径、温度和轨道参数。

一个被推向稳定性边缘的系统

三颗内侧恒星的温度和质量均高于太阳：主星的质量约为太阳的 1.75 倍，已开始离开主序星阶段演化，而其伴星与第三颗恒星的质量分别约为 1.36 和 1.48 个太阳质量。第四颗外侧恒星非常像太阳，质量接近一太阳质量，表面温度也相似。尽管它们排列得很紧密，该系统通过了广泛使用的长期引力稳定性检验，其当前构型似乎已存续超过十亿年。紧密的轨道使得恒星间的引力扰动足够强烈，以致它们的轨道缓慢进动和摆动，可被测量，从而为检验多星动力学理论提供了天然实验室。

从四颗明亮之星到两颗暗淡余烬

作者们还利用现代恒星演化计算探讨了 TIC 120362137 的远期命运。随着质量较大的恒星膨胀为红巨星并开始向伴星转移物质，轨道有望收缩并发生重排。随着时间推移，质量交换和恒星风将剥离恒星的外层。模拟显示，经过一系列复杂的相互作用和可能的合并，原本的四颗恒星最终将演化为仅两颗致密的白矮星绕行彼此。换言之，这个异常紧凑的四星系统很可能以一对致密恒星遗骸的近天体双星告终——这一结果有助于解释银河系中其他地方观测到的一些致密死星对是如何形成的。

引用: Borkovits, T., Rappaport, S.A., Chen, HL. et al. Discovery of the most compact 3+1-type quadruple star system TIC 120362137. Nat Commun 17, 1859 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69223-4

关键词: 四星系统, 食双星, 多星动力学, TESS 观测, 白矮星演化