邻近星系M31中食双星的分析与研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 李福兴
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| 答辩日期 | 2022-07-01 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 钱声帮 |
| 关键词 | 食双星 仙女星系M31 大质量双星 双星演化 物质交流 |
| 学位专业 | 天体物理 |
| 其他题名 | Analysis and study of eclipsing binaries in the nearby galaxy M31 |
| 英文摘要 | 大质量双星是指双星两子星中至少有一颗子星是大质量OB 型星的密近双星系统，它们是产生X 射线等高能辐射的源泉，同时最终将演化成中子星或黑洞等致密天体，对解释众多的天文和天体物理现象具有重要意义。由于受到详细观测和分析样本少等的限制，其形成演化与物质交流等物理过程仍然不清楚。邻近仙女星系（M31）是离银河系最近的漩涡星系，也是本星系群中最大的星系。它的结构特点、金属丰度与银河系很接近。国际测光巡天已经在M31 里面发现了一批大质量的食双星。然而这些食双星几乎没进行过详细测光解轨等分析研究。它们如何形成，如何演化，结构特征和演化状态与银河系中的大质量双星是否相同等等，都是未解决的科学问题。本工作基于国际巡天资料，首次系统地对M31 中的大质量食双星进行分析，求解它们的基本物理参量，开创性地研究M31 中的大质量双星的结构特征和演化规律，并与银河系中的大质量双星进行对比，探讨不同星系环境下大质量食双星的物理性质，丰富人们对大质量双星形成演化的认识。由于M31 离地球比较远，国际巡天发现的M31 中的食双星大多为大质量双星。本文收集所有被证认的M31 中的大质量食双星，从中筛选出具有EB 和EW型光变曲线的样本（它们是大质量的半相接双星或者相接双星的候选体）作为分析对象。作者利用W-D 综合光变曲线分析方法对其测光资料进行分析，确定了30 个大质量食双星系统的基本物理参数，并获取全部研究对象的所有极小时刻。同时，为了进行对比分析，作者从银河系中挑选出3 颗大质量双星，即南天区半人马座V606、北天区仙后座ZZ 和仙后座V375 进行细致的分析研究。主要研究结果如下：1.对半人马座V606 的光变曲线和轨道周期变化进行分析，发现它是通过case A 快速物质转移刚形成的大质量浅度相接双星，相接度接近于零。并对银河系中仙后座ZZ 和仙后座V375 两颗大质量双星的光变曲线进行分析，发现它们都是次星充满洛希瓣的半相接双星，同时发现这两颗双星的轨道周期在长期连续增加。这两颗双星的几何结果与轨道周期的长期增加揭示了它们处于从小质量子星转移物质到大质量伴星的慢速物质交流演化阶段。另一方面，作者通过光时轨道效应分析，还发现这三颗大质量双星均存在第三天体。第三天体均以椭圆轨道绕转双星系统并组成等级制的多星系统，它们的周期分别是88.3、19.1 和118.7 年。仙后座ZZ 和仙后座V375 的第三天体质量都比次星大，仙后座V375的第三天体是一颗主序星，而仙后座ZZ 的第三天体则可能是多星系统。这些发现表明第三天体通过抽取角动量对大质量密近双星的形成演化起重要作用。2. 对M31 中的大质量食双星进行测光解轨分析，作者发现三个质量比接近1 的大质量双胞双星。其中两个质量比分别为0.981 和0.961 的系统是相接双星，另一个质量比为0.935 的是半相接双星。在两颗质量不等的分离双星中，质量大的子星演化较快，首先膨胀充满洛希瓣，并转移物质给次星。这样系统的轨道周期就要减小，同时质量比增加。当系统演化到质量比等于1 的临界状态时，系统的轨道周期最短。通过热斑的分析，并结合恒星演化轨迹和等时线的研究，作者发现2 颗双胞胎相接双星是通过Case A 物质交流演化而来的，并快要进入最小周期的临界演化阶段，较小的子星正在接收物质。而半相接的双胞双星已经经历了质量比等于1 的演化阶段，实现了质量比反转，物质从小质量星转移到大质量星。3. 在M31 中发现了19 个次星充满洛希瓣的半相接双星，其主星与洛希瓣是分离的。这些双星系统的质量比小于1，温度比也小于1，即次星对应的是温度较低的小质量星。从质量比与主星的充满关系和几何结构揭示了它们处于从小质量的次星转移物质到大质量主星的慢速物质交流演化阶段。其演化状态与银河系中仙后座ZZ 和仙后座V375 相似，它们都是从原来的分离双星经过物质交流演化，质量比反转后演化而来的。其中光变曲线两极大不等高可解释为物质转移产生的热斑所导致的，与物质交流演化的结论相一致。4. 在M31 中发现了5 个主星充满洛希瓣的半相接双星系统。其中2 个双星系统中的大质量主星的温度比次星温度高，揭示了它们处于前面提到的从主星到次星的快速物质交流演化阶段。另外3 个系统的小质量星的温度比大质量星温度要高，可能揭示了它们的小质量星已经处于损失部分氢壳层的阶段。5. 在M31 中发现6 个大质量相接双星系统。它们都是全食双星，质量比范围在0.476 到0.981 间。其中3 颗为浅度相接双星，2 颗中度相接双星，1 颗深度相接双星。3 颗浅度相接双星的相接度为5.1-8%，质量比为∼0.5，与银河系中人马座V606 有相似的测光参数。但是由于没有周期变化等数据的分析，它们的演化阶段还需要进一步探讨。6. 对M31 中的大质量食双星分析表明，它们的质量比主要集中于0.5-0.6 间，占比37%。其温度比在0.5-1 之间，0.7-0.8 之间的样本最多，占40%。通过对M31中半相接双星与银河系中的半相接双星进行对比，作者发现它们周期-温度、周期-质量比及主次星温度分布有相同的趋势。两个星系的半相接双星和相接双星的周期分布也相似，都遵循对数的正态分布。相关分析研究表明，M31 中大质量双星的形成演化与银河系中的相似。 |
| 学科主题 | 天文学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 0 |
| 源URL | [http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/25782]  |
| 专题 | 云南天文台_双星与变星研究组 |
| 作者单位 | 中国科学院云南天文台 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李福兴. 邻近星系M31中食双星的分析与研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：云南天文台
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