特殊脉冲星双星的形成

发布时间：2020-11-08 17:35

　　 自脉冲星发现至今已历四十八载,各种激动人心的发现不断涌现出来。毫秒脉冲星作为一类特殊天体和低质量X射线双星的形成与演化紧密相连。然而,关于毫秒脉冲星形成的再循环理论不断受到新的观测的挑战。本文中,我们对球状星团Terzan 5中的特殊天体J17480-2446的形成以及银河系星场中的三个偏心轨道完全再循环毫秒脉冲星双星系统的形成进行了解释。论文结构如下：在第一章,简单介绍了中子星的一些典型特征,并对不同类型的中子星进行分类介绍。之后,讨论了中子星的自转演化,磁层结构以及射电辐射的产生机制。最后,就中子星的内部结构和状态方程,以及中子星-奇异星相变进行了讨论。第二章中,我们介绍了中子星低质量X射线双星的形成与演化以及毫秒脉冲星形成的再循环理论。还就低质量X射线双星形成与演化中的一些问题展开讨论,比如双星的物质交流,球状星团中低质量X射线双星的形成,超新星爆发对双星轨道的影响,以及毫秒脉冲星双星系统的轨道周期与白矮星伴星质量的关系等。在第三章,我们讨论了银河系球状星团中的一个正在吸积的低质量X射线双星系统：IGR J17480-2446的形成。与其他已知的正在吸积的毫秒脉冲星相比,IGR J17480-2446的自转频率(11 Hz)显得比较低,这暗示该系统正处于物质转移的早期阶段。然而,这种解释与通过观测得到的千赫兹准周期振荡所导出的表面低磁场相矛盾。本文中,我们给出一个可能的解释：假定当前系统是通过一个包含有毫秒脉冲星的双星和当前的伴星,或者孤立的再循环中子星与一个双星系统,相碰撞而形成的。新形成的双星系统轨道角动量可能与中子星自转角动量同向,也可能反向。对于后者,所观测到的IGR J17480-2446的低自转频率或许源于中子星先自转减速再加速的演化历程。我们还就这一模型简单讨论了观测到这类天体的可能性。此外,我们还给出了关于IGRJ17480-2446形成的两个其他模型,并讨论了不同模型的区别。第四章中,我们讨论了三个处于偏心轨道的完全再循环的毫秒脉冲星的形成。根据再循环理论,毫秒脉冲星是由低质量X射线双星演化形成的。由于双星演化中的潮汐作用,毫秒脉冲星应该处于偏心率很低的圆轨道,这与观测到的情况基本一致。然而,有一些比较特殊的系统与此理论不符。最近发现的脉冲星J2234+06,J1946+3417和J1950+2414都处在偏心轨道之中,并且从其质量函数得到的伴星质量与预期的He白矮星质量非常接近。有观点认为,这三个毫秒脉冲星源于吸积导致的超钱德拉塞卡质量白矮星的延迟塌缩,或者,轨道偏心率源于环双星盘与双星系统的动力学作用。假定低质量X射线双星中中子星的吸积会使得中心达到夸克解禁密度,由此导致中子星向奇异星相变,我们证明,由于相变过程引起的中心天体引力质量突然减少,可能导致毫秒脉冲星处于偏心轨道。通过对质量损失的合理估计,可以得到观测到的双星系统偏心率。这一模型或许也可以解释已知最年轻的双星系统CirX-1的形成,该系统也具有偏心轨道,同时致密天体的磁场也比较低。第五章中,我们总结了本论文的研究结果,指出了当前观测对再循环理论提出的挑战,并就将来的研究进行展望。
【学位单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：P145.6
【部分图文】：

??１．２脉冲星的分类??图１．１是己经观测到的脉冲星在周期－周期导数图上的分布。其中等磯场线是根据公??式１．３计算得到的，而等年龄线表示的是榜征年龄。下面我们结合它们在图上的分布Ｗ??及磁场、年龄等性质分别进行讨论。??射电脉冲星??从图中，我们可Ｗ明显看到脉冲星的周期和周期导数分布有集中成团的特性。右??上部分集中了大部分脉冲星，称为普通的脉冲星。它们的自转周期都在０．１秒到几秒之??间，周期导数相对比较大：ｌ〇－ｉ３－ｌ〇－ｉ７ｓｓ－ｉ，其偶极磁场也比较强，一般在１〇ｉ２Ｇ左??右。一般的观点是：普通脉冲星源于演化到晚期的大质量恒星的塌缩。塌缩过程中抛射??的物质形成超新星遗迹，而中也的核则成为中子星。相对而言，左下部分的脉冲星自转??周期都比较短，一般小于２０ｍｓ，周期导数也比较小，集中在ｌＯ－＾ｓｓ－ｉ左右。磁场也比??较低，一般在１０８?－?１０９Ｇ，很少商于１〇１０Ｇ。而且有相当一部分送类天体处在双星系统??中。这类脉冲星称为毫砂脉冲星（ＭｉｍＳｅｃｏｎｄＰｕｌｓａｒ

自转的中子星在其表面感应出超强的电场。电场的垂直分量会把荷电粒子从中子星表??面拉出。因此，中子星表面附近会存在自由电荷区（主要是正负电子），而非真空。这??－区域称为磁层，其结构如图１．２所示。??Ｕｇｈｔ??＼?Ｃｙｌｉｎｄｅｒ??？?？??气？?？尸？??Ｖ?Ｖ?虹＇Ｃａｐ??Ｆａｎ?ｂｅａｍ?＼?Ｏｕｔｅｒ?广｜?柳。＂??ｏｆ?ｅｍｉｓｓｉｏｎＶ。＼?０??＾?巧??？?？?＼?．＿＾＾??图１．么脉冲星的磁层结构示意图，非等比例，图片来自Ｗｅｅｋｅｓ，Ｔ．［４２］??由于磁冻结效应，磁层中的荷电粒子会随中子星一起转动。考虑共转的线速度不??能超过光速，磁层只能存在于光速圆柱之内。根据光速圆柱半径，我们把磁力线分为闭??合磁力线和开放磁力线。我们所观测到的射电脉冲信号则来自于带电粒子沿开放磁力??线发出的福射。??考虑到洛伦兹力，为使得磁层中的荷电粒子稳定共转，需要有其他力与之平衡。中??子星表面的万有引力和惯性离也力远小于洛伦兹力，只有正负电荷分离产生的电场力??８??

常详细的介绍。本节内，除特别说明外，中子星泛指包含传统中子星（ＮＳ）、奇异星??（ＳＳ）、夸克星（ＱＳ）在内的中子星类天体。??图１．３是目前比较流行的各种中子星类天体的内部结构。从图中我们可Ｗ看出，其??结构组成从外向内大致可ｌｙ？分为：表层（ｓｕｒｆａｃｅ）、壳层（ｃｒｕｓｔ）和核区（ｃｏｒｅ）。表层??是一层只有几十厘米厚的大气，主要成分是氨和（或）気。中子星的热箱射就是从这层??大气发出的，大气的成分对于我们理解观测到的福射１＾＾１及由此推测中子星半径非常重??要。送一点，我们在后面详细讨论。??从大气表层向内，密度急剧增加。大气层内是固体的金属壳层，主要成分是铁族元??素。金属壳层的底部密度高达１０６ｇ?ｃｍ－３，开始进入外壳层。外壳层的主要成分是原子??核和电子，其底部密度可Ｗ达到ｌ〇Ｕｇ?ｃｍ－３。对于奇异星模型，在往里己经是色超导态??１０??
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 罗续成;惯性导航系统/双星距离差组合导航算法的可行性研究[J];遥测遥控;2002年06期

2 雷迎春;李大军;王向阳;罗伦才;;双星系统在密林区的测量方法及应用效果分析[J];测绘通报;2010年04期

3 ;美科学家发现双星系统 无生命星球上演双日落[J];科技传播;2011年19期

4 高凌云;;揭秘远距离双星系统[J];现代物理知识;2013年03期

5 容建湘;;双星的统计[J];天文学报;1979年03期

6 В.Г.СурАин ,储宗元;SS433:新的结果[J];世界科学;1983年08期

7 程必忠;关于双星系统的能量[J];广西民族学院学报(自然科学版);1995年01期

8 黄润乾;大质量双星系统的非守恒演化[J];天文学进展;1999年01期

9 王文涛;张凤莲;;对2010年高考题中“地月双星系统”的进一步探究[J];物理通报;2011年01期

10 张一方,李艳梅;双星形成的非线性动力学机制和定性分析理论[J];云南大学学报(自然科学版);2002年02期

相关博士学位论文 前5条

1 谢基伟;双星系统中行星的形成及动力学[D];南京大学;2011年

2 逯亮清;基于载波相位干涉测量的双星定向技术研究[D];国防科学技术大学;2005年

3 钟双英;自旋致密双星后牛顿哈密顿系统轨道动力学数值研究[D];南昌大学;2011年

4 时光;大质量白矮星双星的观测研究[D];中国科学院研究生院（云南天文台）;2014年

5 姜龙;特殊脉冲星双星的形成[D];南京大学;2015年

相关硕士学位论文 前4条

1 吴斌;黑洞双星的形成[D];中国科学院研究生院（云南天文台）;2006年

2 徐倩;低质量X射线双星的演化[D];南京大学;2012年

3 郑娜;我国导航卫星定位系统在军事航空监视中的应用研究[D];国防科学技术大学;2003年

4 邓亚;致密双星的进动效应研究[D];华中科技大学;2011年

本文编号：2875109