【摘要】：吸積白矮星是一類處于密近雙星系統(tǒng)中從伴星吸積物質(zhì)的白矮星。白矮星吸積物質(zhì)在恒星演化領(lǐng)域中扮演著重要的角色,它是雙星演化和吸積物理中重要的研究對(duì)象,與許多天體的形成密切相關(guān),例如,超新星、激變變星、共生星、毫秒脈沖雙星、超軟X射線源、引力波源等。然而,目前對(duì)吸積白矮星的研究尚有許多不清楚的地方,比如物質(zhì)轉(zhuǎn)移到白矮星表面后的積累與損失過程,吸積的物質(zhì)在白矮星表面燃燒情況以及白矮星最終命運(yùn)等。本論文詳細(xì)介紹了吸積白矮星的研究背景及意義,并系統(tǒng)性介紹了與吸積白矮星密切相關(guān)的兩類重要天體,即Ia型超新星和吸積致塌縮型超新星。我們?cè)谖e白矮星的演化方面做了一系列工作:研究了雙碳氧白矮星并合過程,發(fā)現(xiàn)吸積物質(zhì)的速率決定雙白矮并合最終的演化結(jié)局;研究了碳氧白矮星偏離中心碳燃燒過程,發(fā)現(xiàn)碳氧白矮星經(jīng)歷這一過程后會(huì)演化為氧硅白矮星,將發(fā)生鐵核塌縮型超新星;研究了氦新星爆發(fā)過程,給出了不同吸積率下白矮星的質(zhì)量積累效率、爆發(fā)間隔等性質(zhì),這些結(jié)果可以為大樣本恒星演化提供初始輸入;研究了吸積氧氖白矮星的長時(shí)標(biāo)演化,發(fā)現(xiàn)氧氖白矮星的演化結(jié)局是唯一的,即經(jīng)歷電子俘獲過程塌縮為中子星。取得的研究結(jié)果具體如下:(1)研究了雙碳氧白矮星并合過程,發(fā)現(xiàn)并合過程中的吸積率對(duì)其最終的演化結(jié)局起到?jīng)Q定性作用(形成Ia型超新星或塌縮為中子星)。雙簡并星模型是兩種主流的Ia型超新星前身星模型之一,同時(shí)也是引力波源。然而,前人的模擬顯示雙白矮星并合很可能通過電子俘獲塌縮為中子星,因此雙白矮星并合的結(jié)局一直存在爭議。我們通過研究發(fā)現(xiàn)雙白矮星并合過程中白矮星的吸積率決定了并合的演化結(jié)局。雙白矮星并合在一定條件下將產(chǎn)生Ia型超新星。隨著吸積率的升高,雙白矮星并合將產(chǎn)生氧硅核(將誕生鐵核塌縮型超新星)、氧氖核(將誕生電子俘獲型超新星)、偏離中心氧/氖點(diǎn)燃(將誕生類似Ia型超新星的熱核爆炸,為一類特殊的Ia型超新星)。該工作表明雙白矮星并合的結(jié)局具有多樣性,有一定的參數(shù)空間可以形成Ia型超新星。(2)模擬了碳氧白矮星偏離中心碳燃燒過程,發(fā)現(xiàn)碳氧白矮星經(jīng)歷這一過程后會(huì)演化為氧硅白矮星,將發(fā)生鐵核塌縮型超新星。碳氧白矮星+氦星模型通常用來解釋星系中年輕Ia型超新星的形成。近年來研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)碳氧白矮星吸積富氦物質(zhì)的吸積率超過臨界吸積率時(shí),白矮星表面會(huì)先于中心被點(diǎn)燃,發(fā)生偏離中心碳燃燒。人們通常假設(shè)偏離中心碳燃燒會(huì)將整個(gè)碳氧白矮星燒成一顆氧氖白矮星,并經(jīng)歷電子俘獲致塌縮過程形成中子星。我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)偏離中心碳燃燒發(fā)生后,向內(nèi)傳播的碳燃燒火焰溫度極高以至于氖元素剛一出現(xiàn)就被燃燒成為硅族元素。隨著火焰不斷地向內(nèi)傳播,整個(gè)碳氧白矮星被燃燒成為氧硅核,最終形成氧硅白矮星(將發(fā)生鐵核塌縮超新星形成中子星),而非傳統(tǒng)的觀點(diǎn),即形成氧氖白矮星并經(jīng)歷電子俘獲超新星爆炸。這一結(jié)果暗示了宇宙中存在氧硅白矮星,并增加了星系中鐵核塌縮型超新星的誕生率。此外,我們還發(fā)現(xiàn),如果吸積率在臨界吸積率以下,白矮星可以增加質(zhì)量達(dá)到錢德拉塞卡極限并在核心處發(fā)生爆炸式碳燃燒,進(jìn)而誕生Ia型超新星。(3)模擬了氦新星爆發(fā)過程,給出了不同吸積率下白矮星的質(zhì)量積累效率、新星爆發(fā)間隔等參數(shù),還發(fā)現(xiàn)氦新星爆發(fā)能夠產(chǎn)生Ia型超新星。得到的結(jié)果可以為大樣本恒星演化提供初始輸入。氦新星爆發(fā)是白矮星吸積富氦物質(zhì)不穩(wěn)定燃燒所產(chǎn)生的閃耀現(xiàn)象,它與Ia型超新星、激變變星、超軟X射線源的形成密切相關(guān)。然而,人們對(duì)氦閃耀過程還不完全清楚,這將直接影響人們對(duì)雙星演化、超新星以及極端物理過程等相關(guān)領(lǐng)域的理解。我們模擬了不同吸積率下碳氧白矮星的氦新星爆發(fā)過程,得到了氦新星爆發(fā)的質(zhì)量積累效率、爆發(fā)周期等參數(shù)。發(fā)現(xiàn)碳氧白矮星可以通過連續(xù)的新星爆發(fā)過程積累質(zhì)量,最終爆炸成為Ia型超新星�；诘玫降陌装琴|(zhì)量積累效率,我們還系統(tǒng)性研究了碳氧白矮星+氦星模型,發(fā)現(xiàn)該模型可以解釋短延遲時(shí)標(biāo)Ia型超新星的形成。(4)模擬了氧氖白矮星吸積物質(zhì)的長時(shí)標(biāo)演化,發(fā)現(xiàn)氧氖白矮星的演化結(jié)局是唯一的,即經(jīng)歷電子俘獲過程塌縮為中子星。一般認(rèn)為8-10M_⊙的主序星會(huì)演化為氧氖白矮星,而氧氖白矮星是吸積致塌縮的前身星。雙星系統(tǒng)中氧氖白矮星從伴星吸積物質(zhì)增加質(zhì)量接近錢德拉塞卡質(zhì)量極限時(shí),白矮星核心區(qū)域會(huì)發(fā)生電子俘獲過程,從而降低白矮星電子簡并壓,最終發(fā)生核塌縮。然而,最近一些研究認(rèn)為,氧氖白矮星也可能發(fā)生爆炸式氖燃燒,產(chǎn)生熱核爆炸型超新星。我們模擬了不同吸積率下氧氖白矮星吸積物質(zhì)的長時(shí)標(biāo)演化,發(fā)現(xiàn)電子俘獲過程所釋放的熱量不足以彌補(bǔ)中微子損失所帶走的熱量,從而無法發(fā)生爆炸式氖燃燒過程。因此,氧氖白矮星的演化結(jié)局是唯一的,即塌縮為中子星。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院云南天文臺(tái))
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P145.5

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本文編號(hào)：2793534