白矮星双星演化的研究

发布时间：2020-08-20 18:36

【摘要】：白矮星双星是由一颗白矮星(一般称为主星)和一颗正常恒星(一般称为伴星)组成的双星系统,它属于致密星双星系统的一类。大部分恒星在演化过程中会演化为白矮星(质量更大的塌缩成中子星或黑洞)。在银河系中,大约10%的白矮星位于双星系统中。因此,系统研究白矮星双星,有助于我们深入认识双星演化中的一些重要过程,包括双星中的物质转移、吸积盘结构与稳定性、超软X射线源、Ia型超新星、激变变星以及毫秒脉冲星双星等。本论文的主要内容分为以下四章。第一章分为两部分。在第一部分,主要介绍超软X射线源。首先介绍了双星的基本结构,包含了洛希瓣临界等势面以及双星的基本分类方法;然后介绍超软X射线源的观测特征和超软源的理论模型,包括为什么超软源是白矮星双星系统,吸积白矮星表面核燃烧过程以及产生超软源的伴星条件;最后介绍超软X射线源的起源和演化。在第二部分,主要介绍激变变星。先介绍激变变星的观测特征,包括激变变星的分类;激变变星中白矮星质量的分布以及轨道周期的分布,后者包括轨道周期间隙和轨道周期最小值;随后介绍了矮新星中吸积盘的不稳定性;最后介绍了激变变星的演化,包括激变变星前和激变变星后的演化,后者由角动量损失主导,包括系统角动量损失和间接角动量损失。第二章介绍我们的第一个工作,主要研究了白矮星中的质量问题。最近的观测表明,激变变星中的白矮星平均质量明显高于孤立白矮星或者公共包层后双星中白矮星的质量,而后者被认为是激变变星的前身星。这表明,要么白矮星在公共包层后双星或激变变星演化当中增加了质量,要么包含低质量白矮星的双星会发生不稳定过程而不能演化为激变变星。在本工作中,我们采用最新的氢燃烧效率和相应的轨道角动量损失机制进行了系统计算。计算结果表明,热时标质量传输无法有效改变激变变星中白矮星的平均质量分布。白矮星质量分布偏差问题很可能和白矮星双星系统中的不稳定质量传输有关,在此过程中,需要一种有效的提取轨道角动量的机制。第三章介绍我们的第二个工作,主要研究了吸积导致塌缩过程后形成的中子星双星的蒸发过程。吸积导致塌缩是毫秒脉冲星的一种可能形成机制。如果毫秒脉冲星在经历吸积导致塌缩后可以通过高能辐射蒸发伴星,可能会形成红背蜘蛛或黑寡妇脉冲星。在本工作中,通过考虑双星发生质量交流前和质量交流后的蒸发过程,我们系统开展了包含吸积导致塌缩的双星演化计算。我们考虑的可能的影响参量包括蒸发效率、新生中子星的初始自转周期和初始表面磁场强度。将我们的计算结果和传统的低质量X射线双星的演化结果比较发现,根据选择的轨道角动量损失机制的不同,我们的计算结果至少可以再现部分红背蜘蛛脉冲星和黑寡妇脉冲星在伴星质量-轨道周期分布图中的演化过程。第四章,我们对整个论文进行了总结,并对将来的一些研究提出展望。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P145.5
【图文】：

示意图,洛希瓣,等效势能,双星

逑图１．１：洛希等效势能面，图片来自［１８］逡逑图１．１是双星临界等效势面示意图，双星系统中的两颗子星分别看作质点，逡逑用似１和财２表不，“邋＋邋”号表不系统的质心，Ｌｉ是内拉格朗日点（ｉｎｎｅｒＬａｇｒａｎｇｉａｎｐｏｉｎｔ），逡逑１２，邋Ｌ３，Ｌ４，心是其余四个临界等势点。若用下标“１”和“２”分别表示主星和伴逡逑星，则与Ｚａ点相连，并分别包裹两子星的临界等势面称为伴星或主星的洛希瓣（Ｒｏｃｈｅ逡逑Ｌｏｂｅ：邋ＲＬ），两者作为一个整体，立体结构像“花生”，平面结构像卧倒的数字“８”。逡逑双星在演化过程中，如果一颗子星（例如星２）充满其洛希瓣，则会有物质从＾点逡逑流向主星（星１），此物质转移过程在双星演化当中被称为洛希瓣渗溢（Ｒｏｃｈｅ邋Ｌｏｂｅ逡逑Ｏｖｅｒｆｌｏｗ，以下简称ＲＬＯＦ）。由于双星间的相互作用，洛希瓣不可能是标准球型，定逡逑义某一球体的体积等于洛希瓣体积时的半径为等效洛希瓣半径

双星,洛希瓣,白矮星

ａ邋Ｉ邋０．４６２邋（逦）逦，邋0邋＜邋Ｑ邋＜邋０．８逡逑２０世纪５０年代，Ｋｏｐａｌ根据双星中的子星充满洛希瓣的程度把双星分为三类［２１］。逡逑如图１．２所示，逡逑（？ＸＶ）逡逑、＇一’＼邋八一NB逡逑Ｒｏｃｈｅ邋ｌｏｂｅ逡逑Ｃ－ｆ＃逡逑Ｍａｓｓ邋ｔｒａｎｓｆｅｒ邋ｆｌｏｗ逡逑Ｃ邋Ｓｔａｒ邋ｃｏｒｅ邋逦逡逑灥逡逑Ｃｏｍｍｏｎ邋Ｅｎｖｅｌｏｐｅ逡逑图１．２：双星的分类，Ａ：不相接双星；Ｂ：半相接双星；Ｃ：相接双星逡逑？不相接双星（ｄｅｔａｃｈｅｄｂｉｎａｒｉｅｓ）：两子星均未充满洛希瓣，此种情况下，每一子星逡逑的演化如同一颗单星的演化。逡逑？半相接双星（ｓｅｍｉ－ｄｅｔａｃｈｅｄ邋ｂｉｎａｒｉｅｓ）：两子星中的一颗已充满洛希瓣，系统正在逡逑发生ＲＬＯＦ过程。逡逑？相接双星（ｃｏｎｔａｃｔ邋ｂｉｎａｒｉｅｓ）：两子星均己充满洛希瓣，后期可能发生公共包层逡逑（Ｃｏｍｍｏｎ邋Ｅｎｖｅｌｏｐｅ：邋ＣＥ）演化。逡逑根据以上分类方法，吸积的白矮星双星应当属于半相接双星。需要特别注意的是，逡逑在白矮星双星中，根据白矮星质量的大小，其大致可以分为三类［２２］：邋（１）氦白矮星逡逑３逡逑

谱图,谱图,黑洞,双星系

（■Ｒｏｅｎｉｇｅｎ邋Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ）开展了大量的观测研究［２５］。对ＬＭＣ中最初发现的几个源的光逡逑谱分析发现，尽管Ｘ射线光度和爱丁顿光度相仿（约１０３８邋ｅｒｇｆ１），Ｘ射线谱却极端软，逡逑能量范围在１５－８０ｅＶ，平均在３０－４０ｅＶ。图１．３展示了ＬＭＣ、ＳＭＣ中几个超软源的ＲＯＳＡＴ逡逑ＰＳＰＣ能谱图［３２］，可以看出大部分源的能量都低于１００邋ｅＶ。但由于五ｉｎｓｔｅｈ卫星具有逡逑不同的观测能段以及比ＲＯＳＡＴ低的谱分辨率，这几个源最初并没有被证认为一类新逡逑源。甚至因为一些黑洞源经常表现出极软谱，ＣＡＬ８３和ＣＡＬ８７最早被认为是黑洞双星系逡逑统［２６－３０］。然而，黑洞源总是含有非常重要的硬成分［３１］，而这在超软源中是缺乏的。逡逑我们可以看出，如果没有ＲＯＳＡＴ的介入，没有观测到的ＲＯＳＡＴ对应的Ｘ射线谱，不可能逡逑把这些源从经典强Ｘ射线点源（吸积的中子星或黑洞双星）中区分出来，甚至也无法区逡逑分这些源是否是近邻类太阳恒星的冕Ｘ射线辐射。逡逑＝￣￣｜邋ｐ￣￣邋｜逦．「飞ｊ逦＼邋ｉ￣￣＊逡逑－Ｃａｌ邋８７邋Ｃａｌ邋８３邋ＨＸｉ（＾２７．８邋Ｗａ0４２９．Ｂ邋１Ｅ００５６

【相似文献】