【摘要】：白矮星雙星是由一顆白矮星(一般稱(chēng)為主星)和一顆正常恒星(一般稱(chēng)為伴星)組成的雙星系統(tǒng),它屬于致密星雙星系統(tǒng)的一類(lèi)。大部分恒星在演化過(guò)程中會(huì)演化為白矮星(質(zhì)量更大的塌縮成中子星或黑洞)。在銀河系中,大約10%的白矮星位于雙星系統(tǒng)中。因此,系統(tǒng)研究白矮星雙星,有助于我們深入認(rèn)識(shí)雙星演化中的一些重要過(guò)程,包括雙星中的物質(zhì)轉(zhuǎn)移、吸積盤(pán)結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性、超軟X射線源、Ia型超新星、激變變星以及毫秒脈沖星雙星等。本論文的主要內(nèi)容分為以下四章。第一章分為兩部分。在第一部分,主要介紹超軟X射線源。首先介紹了雙星的基本結(jié)構(gòu),包含了洛希瓣臨界等勢(shì)面以及雙星的基本分類(lèi)方法;然后介紹超軟X射線源的觀測(cè)特征和超軟源的理論模型,包括為什么超軟源是白矮星雙星系統(tǒng),吸積白矮星表面核燃燒過(guò)程以及產(chǎn)生超軟源的伴星條件;最后介紹超軟X射線源的起源和演化。在第二部分,主要介紹激變變星。先介紹激變變星的觀測(cè)特征,包括激變變星的分類(lèi);激變變星中白矮星質(zhì)量的分布以及軌道周期的分布,后者包括軌道周期間隙和軌道周期最小值;隨后介紹了矮新星中吸積盤(pán)的不穩(wěn)定性;最后介紹了激變變星的演化,包括激變變星前和激變變星后的演化,后者由角動(dòng)量損失主導(dǎo),包括系統(tǒng)角動(dòng)量損失和間接角動(dòng)量損失。第二章介紹我們的第一個(gè)工作,主要研究了白矮星中的質(zhì)量問(wèn)題。最近的觀測(cè)表明,激變變星中的白矮星平均質(zhì)量明顯高于孤立白矮星或者公共包層后雙星中白矮星的質(zhì)量,而后者被認(rèn)為是激變變星的前身星。這表明,要么白矮星在公共包層后雙星或激變變星演化當(dāng)中增加了質(zhì)量,要么包含低質(zhì)量白矮星的雙星會(huì)發(fā)生不穩(wěn)定過(guò)程而不能演化為激變變星。在本工作中,我們采用最新的氫燃燒效率和相應(yīng)的軌道角動(dòng)量損失機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明,熱時(shí)標(biāo)質(zhì)量傳輸無(wú)法有效改變激變變星中白矮星的平均質(zhì)量分布。白矮星質(zhì)量分布偏差問(wèn)題很可能和白矮星雙星系統(tǒng)中的不穩(wěn)定質(zhì)量傳輸有關(guān),在此過(guò)程中,需要一種有效的提取軌道角動(dòng)量的機(jī)制。第三章介紹我們的第二個(gè)工作,主要研究了吸積導(dǎo)致塌縮過(guò)程后形成的中子星雙星的蒸發(fā)過(guò)程。吸積導(dǎo)致塌縮是毫秒脈沖星的一種可能形成機(jī)制。如果毫秒脈沖星在經(jīng)歷吸積導(dǎo)致塌縮后可以通過(guò)高能輻射蒸發(fā)伴星,可能會(huì)形成紅背蜘蛛或黑寡婦脈沖星。在本工作中,通過(guò)考慮雙星發(fā)生質(zhì)量交流前和質(zhì)量交流后的蒸發(fā)過(guò)程,我們系統(tǒng)開(kāi)展了包含吸積導(dǎo)致塌縮的雙星演化計(jì)算。我們考慮的可能的影響參量包括蒸發(fā)效率、新生中子星的初始自轉(zhuǎn)周期和初始表面磁場(chǎng)強(qiáng)度。將我們的計(jì)算結(jié)果和傳統(tǒng)的低質(zhì)量X射線雙星的演化結(jié)果比較發(fā)現(xiàn),根據(jù)選擇的軌道角動(dòng)量損失機(jī)制的不同,我們的計(jì)算結(jié)果至少可以再現(xiàn)部分紅背蜘蛛脈沖星和黑寡婦脈沖星在伴星質(zhì)量-軌道周期分布圖中的演化過(guò)程。第四章,我們對(duì)整個(gè)論文進(jìn)行了總結(jié),并對(duì)將來(lái)的一些研究提出展望。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：P145.5
【圖文】：

逑圖１．１：洛希等效勢(shì)能面，圖片來(lái)自［１８］逡逑圖１．１是雙星臨界等效勢(shì)面示意圖，雙星系統(tǒng)中的兩顆子星分別看作質(zhì)點(diǎn)，逡逑用似１和財(cái)２表不，“邋＋邋”號(hào)表不系統(tǒng)的質(zhì)心，Ｌｉ是內(nèi)拉格朗日點(diǎn)（ｉｎｎｅｒＬａｇｒａｎｇｉａｎｐｏｉｎｔ），逡逑１２，邋Ｌ３，Ｌ４，心是其余四個(gè)臨界等勢(shì)點(diǎn)。若用下標(biāo)“１”和“２”分別表示主星和伴逡逑星，則與Ｚａ點(diǎn)相連，并分別包裹兩子星的臨界等勢(shì)面稱(chēng)為伴星或主星的洛希瓣（Ｒｏｃｈｅ逡逑Ｌｏｂｅ：邋ＲＬ），兩者作為一個(gè)整體，立體結(jié)構(gòu)像“花生”，平面結(jié)構(gòu)像臥倒的數(shù)字“８”。逡逑雙星在演化過(guò)程中，如果一顆子星（例如星２）充滿其洛希瓣，則會(huì)有物質(zhì)從＾點(diǎn)逡逑流向主星（星１），此物質(zhì)轉(zhuǎn)移過(guò)程在雙星演化當(dāng)中被稱(chēng)為洛希瓣滲溢（Ｒｏｃｈｅ邋Ｌｏｂｅ逡逑Ｏｖｅｒｆｌｏｗ，以下簡(jiǎn)稱(chēng)ＲＬＯＦ）。由于雙星間的相互作用，洛希瓣不可能是標(biāo)準(zhǔn)球型，定逡逑義某一球體的體積等于洛希瓣體積時(shí)的半徑為等效洛希瓣半徑

ａ邋Ｉ邋０．４６２邋（邐）邐，邋0邋＜邋Ｑ邋＜邋０．８逡逑２０世紀(jì)５０年代，Ｋｏｐａｌ根據(jù)雙星中的子星充滿洛希瓣的程度把雙星分為三類(lèi)［２１］。逡逑如圖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邋邐逡逑灥逡逑Ｃｏｍｍｏｎ邋Ｅｎｖｅｌｏｐｅ逡逑圖１．２：雙星的分類(lèi)，Ａ：不相接雙星；Ｂ：半相接雙星；Ｃ：相接雙星逡逑？不相接雙星（ｄｅｔａｃｈｅｄｂｉｎａｒｉｅｓ）：兩子星均未充滿洛希瓣，此種情況下，每一子星逡逑的演化如同一顆單星的演化。逡逑？半相接雙星（ｓｅｍｉ－ｄｅｔａｃｈｅｄ邋ｂｉｎａｒｉｅｓ）：兩子星中的一顆已充滿洛希瓣，系統(tǒng)正在逡逑發(fā)生ＲＬＯＦ過(guò)程。逡逑？相接雙星（ｃｏｎｔａｃｔ邋ｂｉｎａｒｉｅｓ）：兩子星均己充滿洛希瓣，后期可能發(fā)生公共包層逡逑（Ｃｏｍｍｏｎ邋Ｅｎｖｅｌｏｐｅ：邋ＣＥ）演化。逡逑根據(jù)以上分類(lèi)方法，吸積的白矮星雙星應(yīng)當(dāng)屬于半相接雙星。需要特別注意的是，逡逑在白矮星雙星中，根據(jù)白矮星質(zhì)量的大小，其大致可以分為三類(lèi)［２２］：邋（１）氦白矮星逡逑３逡逑

（■Ｒｏｅｎｉｇｅｎ邋Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ）開(kāi)展了大量的觀測(cè)研究［２５］。對(duì)ＬＭＣ中最初發(fā)現(xiàn)的幾個(gè)源的光逡逑譜分析發(fā)現(xiàn)，盡管Ｘ射線光度和愛(ài)丁頓光度相仿（約１０３８邋ｅｒｇｆ１），Ｘ射線譜卻極端軟，逡逑能量范圍在１５－８０ｅＶ，平均在３０－４０ｅＶ。圖１．３展示了ＬＭＣ、ＳＭＣ中幾個(gè)超軟源的ＲＯＳＡＴ逡逑ＰＳＰＣ能譜圖［３２］，可以看出大部分源的能量都低于１００邋ｅＶ。但由于五ｉｎｓｔｅｈ衛(wèi)星具有逡逑不同的觀測(cè)能段以及比ＲＯＳＡＴ低的譜分辨率，這幾個(gè)源最初并沒(méi)有被證認(rèn)為一類(lèi)新逡逑源。甚至因?yàn)橐恍┖诙丛唇?jīng)常表現(xiàn)出極軟譜，ＣＡＬ８３和ＣＡＬ８７最早被認(rèn)為是黑洞雙星系逡逑統(tǒng)［２６－３０］。然而，黑洞源總是含有非常重要的硬成分［３１］，而這在超軟源中是缺乏的。逡逑我們可以看出，如果沒(méi)有ＲＯＳＡＴ的介入，沒(méi)有觀測(cè)到的ＲＯＳＡＴ對(duì)應(yīng)的Ｘ射線譜，不可能逡逑把這些源從經(jīng)典強(qiáng)Ｘ射線點(diǎn)源（吸積的中子星或黑洞雙星）中區(qū)分出來(lái)，甚至也無(wú)法區(qū)逡逑分這些源是否是近鄰類(lèi)太陽(yáng)恒星的冕Ｘ射線輻射。逡逑＝￣￣｜邋ｐ￣￣邋｜邐．「飛ｊ邐＼邋ｉ￣￣＊逡逑－Ｃａｌ邋８７邋Ｃａｌ邋８３邋ＨＸｉ（＾２７．８邋Ｗａ0４２９．Ｂ邋１Ｅ００５６

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本文編號(hào)：2798308