暗物质约占宇宙总组分的27%，却至今也没有直接显出真身，可谓“隐形的巨人”。暗物质聚集在一起形成暗物质晕，其中心的密度轮廓是检验宇宙学模型的关键。目前有两种观点：一种认为密度在中心会急剧增加，形如“针尖”（cusp）；另一种认为在距中心一定的半径范围之内，密度的变化比较平缓，像是中间包了一个“果核”（core）。
近日，杭州电子科技大学田海俊教授团队联合国内外科研人员，在国际知名天体物理期刊——英国《皇家天文学会月刊》（MNRAS，影响因子4.8，Top期刊，1827年创刊）发表最新研究成果。研究团队利用数值模拟与双星统计方法，系统评估了即将发射的中国空间站巡天空间望远镜（CSST）在极暗矮星系中探测宽距双星、进而约束矮星系所在宿主暗晕的密度轮廓的能力。这是该团队围绕宽距双星这一“宇宙天然实验室”开展的系列研究工作之一。此前，他们利用116对宽距双星样本，系统研究了恒星锂消耗问题，成果发表于《天体物理学报》（ApJ）。从恒星到暗物质，宽距双星成为团队手中一把独特的“多功能钥匙”。论文链接：点击这里
宇宙“暗弱实验室”：极暗矮星系与宽距双星
极暗矮星系中暗物质占据绝对主导，普通物质只占很小的一部分，其质量与光度之比可达太阳的数百甚至上千倍。在这类星系中，恒星的运动几乎完全由暗物质引力势主宰，是理想的检验暗物质小尺度性质的“天然实验室”。宽距双星（间距超过1000天文单位）由于结合能较弱，对其所在的引力势的潮汐场较为敏感——在暗物质“针尖”模型中，潮汐力更强，宽距双星更易被撕裂；而在“果核”模型中，它们则更容易存活下来。因此，极暗矮星系内的宽距双星的存活与否、数量多寡，成为判别暗物质分布形态的重要线索。
CSST：宽视场、高精度、深成像的新利器
中国空间站巡天空间望远镜（CSST）拥有2米的口径和1.1平方度的超大视场（约为哈勃空间望远镜的350倍）。在g波段极限深度可达27.5星等（深场模式），空间分辨率优于0.15角秒。相比哈勃空间望远镜，CSST可以有效覆盖整个极暗矮星系，高效获取其在极限星等范围内全部恒星成员的信息。
研究团队基于现有N体模拟与CSST真实观测条件（极限星等、分辨率），构建了高精度模拟观测数据集，系统评估了CSST探测宽距双星和区分暗物质轮廓模型的能力。
图1：研究模拟显示，CSST能够通过双星投影分布的两点相关函数（2PCF），在深度巡天条件以及在矮星系恒星样本足够多、双星原生比例足够高的前提下区分暗物质“针尖”与“果核”模型。
核心发现：探测双星较为灵敏，但区分暗物质轮廓模型仍需一定条件
（1）宽距双星探测：灵敏度可达百分之一水平
研究表明，在CSST深度巡天条件下（g≈27.5等，完备性约90%），对于距离约7.5万光年（23千秒差距）的标杆星系Segue I，若观测约1000颗恒星，则宽距双星的探测阈值为4%；若恒星样本增至2300颗，探测阈值可低至1.3%。
（2）区分暗物质轮廓模型：需要更大样本
要区分暗物质是“针尖”还是“果核”，要求更高：总恒星样本需达到6000颗以上，且宽距双星原生占比不低于10%。在这一条件下，CSST可在约13万光年（40千秒差距）范围内实现有意义的统计区分能力。需要强调的是，这一结论依赖于对极暗矮星系中宽距双星初始分布的假设，不同形成机制可能导致阈值变化。
（3）统计方法优势明显
研究采用投影两点相关函数（2PCF）方法，即统计恒星对在不同投影距离上的数量是否显著超出随机分布的预期，从而间接推断双星比例。该方法无需依赖高精度自行或视向速度测量——这些参数对极暗星系而言往往难以获取。同时，该方法对双星质量比分布不敏感，稳健性较高，有效规避了传统速度弥散方法中长期存在的未分辨双星系统偏差。
宽距双星的系列研究：从恒星物理到暗物质探针
值得关注的是，田海俊教授团队围绕宽距双星开展了一系列的研究，而这项工作是其中重要的一环。此前，团队利用欧空局Gaia卫星和澳大利亚GALAH高分辨率光谱巡天数据，精心筛选出116对高质量宽距双星，系统研究了恒星锂消耗的物理机制。
那项发表于《天体物理学报》（ApJ）的研究清晰地揭示：有效温度是控制锂消耗的主导因素，而自转对年老恒星的影响微乎其微。宽距双星如同一对对拥有完全相同“DNA”的宇宙“孪生兄弟”，让科学家能够排除年龄和化学成分的干扰，精准甄别不同物理过程的贡献。
从“锂消耗之谜”到“暗物质分布之谜”，宽距双星这一探针帮助团队在恒星物理和星系物理两大前沿领域连续取得进展。
目前，团队正在利用宽距双星开展更多前沿探索：陈豪燃等正研究在极弱引力场下牛顿引力理论是否需要修正（参见科普文章《暗物质vs.修改引力理论，终极对决已经打响？》）；郭素杰等则依托我国郭守敬望远镜（LAMOST）数据，探索不同星族宽距双星比例差异的物理机制。
本课题的研究意义：为CSST科学观测提供“路线图”
本研究系统评估了CSST利用宽距双星探测极暗矮星系的暗物质密度轮廓的能力。它不仅给出了可操作的观测参数阈值（恒星数、双星比例、极限星等），也指出了未来需要关注的难点——暗物质亚结构、星团遗迹等与暗物质“针尖”-“果核”效应之间的简并。CSST将于2027年升空，这项研究可为其科学准备提供重要参考。
研究团队与致谢
该论文第一作者为杭州电子科技大学2023级硕士研究生陶沂希，通讯作者为田海俊教授，团队成员还包括了中国科学院国家天文台的岳斌副研究员以及英国爱丁堡大学的Jorge Peñarrubia教授。杭州电子科技大学为第一署名单位，国家天文科学数据中心之江分中心为第二署名单位。
该研究得到国家自然科学基金面上项目（No. 12373033）、浙江省自然科学基金重点项目（ZCLZ25A0301）、中国空间站巡天空间望远镜（CSST）首批科学研究项目（CMS-CSST-2021-A09）以及杭州电子科技大学研究生国际化培养专项项目等资助。
论文及相关链接：
2.宽距双星“庭审”记——恒星锂消耗的“主谋”与“旁观者”（ApJ，2026）