本文關鍵詞：X射線雙星演化中的動力學過程

  更多相關文章： X射線雙星 中子星Kick 球狀星團 恒星動力學碰撞 Hills-Heggie定理

【摘要】：雙星廣泛地存在于宇宙之中,其由于耦合了兩顆恒星的演化而具有豐富多彩的觀測特征,成為天體物理研究中的重要天體。一般來說,雙星演化的耦合程度主要由系統(tǒng)的軌道周期決定,但雙星的軌道周期與兩顆子星演化之間的影響卻是相互的：一方面子星在演化中可以通過星風、潮汐作用、物質(zhì)交流等過程緩慢地改變雙星的軌道周期,造成雙星軌道間距的收縮或擴張、軌道偏心率的改變；另一方面軌道周期的演化也會反作用于兩顆子星,改變它們的參數(shù)與演化路徑,以至于影響子星最終的演化產(chǎn)物。在現(xiàn)有的雙星演化程序中,雙星間的相互作用以及軌道周期演化等過程可以結(jié)合相應的物理模型加以計算,并從初始的雙星輸入?yún)?shù)得到比較確定的演化結(jié)果。然而,雙星演化過程中一些隨機的并且劇烈的動力學過程往往會顯著地改變雙星的演化路徑,并給計算結(jié)果帶來極大的不確定。在本文中,我們針對雙星演化過程中的兩種可能的動力學過程——超新星爆發(fā)與球狀星團中恒星的動力學碰撞——進行研究,并結(jié)合相應的觀測數(shù)據(jù),探討動力學因素對X射線雙星演化的影響。文章結(jié)構(gòu)如下：在第一章中,我們簡要介紹雙星及雙星演化的基礎知識,包括雙星觀測特征、恒星的演化、雙星的相互作用過程和雙星演化中的角動量損失機制,以及X射線雙星的形成等內(nèi)容。在第二章中,我們分別介紹兩種可能發(fā)生在X射線雙星演化中的動力學過程。第一種為大質(zhì)量恒星的超新星爆發(fā),主要內(nèi)容包括超新星的觀測特征、爆發(fā)機制,超新星爆發(fā)對雙星系統(tǒng)的影響、中子星的Kick速度以及觀測對其大小的限制等。第二種為發(fā)生在球狀星團中恒星的動力學碰撞過程,主要包括星團中恒星或雙星的碰撞截面、單星的碰撞形成雙星、雙星的碰撞及其所遵守的Hills-Heggie定理、雙星在球狀星團演化中的作用等內(nèi)容。在第三章中,我們就Be/X射線雙星中脈沖星的自轉(zhuǎn)周期分布與其軌道參數(shù)的相關關系進行了研究。由于這類系統(tǒng)經(jīng)歷過超新星爆發(fā)現(xiàn)象,并成功的保留了超新星爆發(fā)過程產(chǎn)生的軌道周期、偏心率以及軌道傾角等參數(shù),使它們成為限定超新星爆發(fā)過程和中子星的Kick速度的理想天體。觀測發(fā)現(xiàn)Be/X射線雙星中中子星自轉(zhuǎn)周期和軌道周期的分布都存在著兩個雙峰,一種觀點認為它們可能是由兩種超新星爆發(fā)過程——電子俘獲超新星和鐵核塌縮超新星——產(chǎn)生。然而通過研究Be/X射線雙星中脈沖星與Be星星風盤的相互作用,以及中子星吸積產(chǎn)生的X射線爆發(fā)活動等特征,我們提出Be/X射線雙星中中子星自轉(zhuǎn)周期的雙峰分布主要是由中子星在X射線爆發(fā)時的不同吸積模式產(chǎn)生,而超新星爆發(fā)過程對中子星自轉(zhuǎn)的影響僅限于改變中子星的軌道參數(shù),影響中子星與Be星星風盤的相互作用過程。在第四章中,我們研究恒星動力學碰撞對球狀星團中低光度X射線源的豐度的影響。眾所周知,球狀星團中小質(zhì)量X射線雙星(LMXB)與毫秒脈沖星(MSP)的豐度要比星系場中高出數(shù)個量級,這被認為與星團中恒星的動力學碰撞有關。然而,球狀星團中是否也存在比星系場中超豐的激變變星(cV)和磁層活動雙星(AB)等低X射線光度的密近雙星系統(tǒng)則是一個懸而未決的問題。通過研究近70十個球狀星團中低光度X射線源的X射線輻射,我們發(fā)現(xiàn)它們的X射線輻射率并不比星系場環(huán)境的中恒星高,這表明星團中并不存在超豐的CV和AB。我們推測在像球狀星團一樣的致密恒星環(huán)境中,主序雙星在經(jīng)雙星演化過程形成密近的CV和AB之前,就被恒星的動力學碰撞過程大量瓦解了,導致觀測到的球狀星團中低光度X射線源輻射率偏低。在第五章中,我們研究球狀星團中主序雙星的動力學碰撞與X射線源的形成過程。相比單星于單星之間的碰撞,星團中恒星的動力學過程主要由雙星與單星或雙星與雙星的碰撞主導。雙星的軌道間距在動力學碰撞中將遵守Hills-Heggie定理,即軟雙星在碰撞后軌道間距將擴張或被瓦解,而硬雙星則會發(fā)生軌道收縮,形成更為密近的雙星系統(tǒng)。我們發(fā)現(xiàn)球狀星團中主序雙星的碰撞模型能更好地解釋觀測到的球狀星團低光度X射線源輻射,盡管球狀星團中的主序雙星也可以通過單純的雙星演化通道形成X射線源,但觀測顯示雙星動力學碰撞通道是產(chǎn)生星團中X射線源的主要方式,在一些球狀星團中其貢獻甚至要比雙星演化通道高出兩個量級。此外,利用X射線觀測給出的球狀星團中密近X射線雙星的豐度與主序雙星的在星團中的占有比fb,我們從觀測上證實了Hills-Heggie定理對硬雙星在動力學碰撞中的預言,即硬雙星經(jīng)動力學碰撞后軌道間距將發(fā)生收縮,釋放的引力能將轉(zhuǎn)化為球狀星團恒星的動能。最后,在第六章中我們對本論文的研究結(jié)果進行總結(jié),并簡單介紹此研究課題中還存在的問題以及我們未來可以開展的工作。
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P153
，

本文編號：1285096