致密天体吸积及演化研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 郭云浪
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| 答辩日期 | 2023-07-01 |
| 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 | 王博 |
| 关键词 | 密近双星 超新星 脉冲星 白矮星 中子星 |
| 学位专业 | 天体物理 |
| 其他题名 | Accretion and Evolution of Compact Objects |
| 英文摘要 | 致密天体是恒星演化晚期的产物，在当代天体物理学中扮演着极其重要的角色。对致密天体吸积及演化的研究有助于人们对极端条件下物理过程的认识，同时也为双星演化中关键的物理过程提供了重要的约束，比如：角动量损失机制、公共包层演化和致密天体质量增长过程等。此外，致密天体的吸积及演化是理想的天体物理实验室，能够形成许多重要的特殊天体，比如：X射线双星、脉冲双星、超新星和激变变星等。然而，致密天体吸积及演化还有许多问题尚未解决，比如：吸积盘结构、磁制动机制、吸积效率以及致密天体的最终命运等。论文详细介绍了致密天体吸积及演化的研究背景、研究现状与相关天体。我们在吸积中子星与吸积白矮星方面做了一系列的研究工作：1）解决了一类特殊黑寡妇脉冲星的起源问题，并为孤立毫秒脉冲星的起源提供了一种通道；2）给出了中子星+氦星模型诞生Ia型超新星的参数空间，为自转较慢的孤立脉冲星提供了一种解释；3）基于电子俘获型超新星通道，给出了由该通道诞生的双中子星系统的特征；4）建立了新星爆发过程中白矮星混合度的测定方法，解释了新星抛射物中的氦增丰现象；5）给出了氧氖白矮星表面氦闪的特征，为大样本恒星演化研究提供了初始输入。取得的具体研究结果如下：（1）解决了极低伴星质量黑寡妇脉冲星的起源问题，并为孤立毫秒脉冲星提供了一种起源通道。黑寡妇脉冲星是一类射电掩食毫秒脉冲星。越来越多的观测表明黑寡妇脉冲星有两个子类：一类的伴星质量在0.01-0.05太阳质量之间，而另一类的伴星质量小于0.01太阳质量。然而，人们对后者的起源并不清楚。基于形成极致密X射线双星的中子星+氦星模型，并考虑脉冲辐射对伴星的蒸发过程，我们研究了伴星质量小于0.01太阳质量的黑寡妇的起源问题，发现该模型可以在哈勃时标内产生伴星质量0.01太阳质量的黑寡妇，比如：脉冲星PSRs J1719-1438、J2322-2650和J1311-3430等。研究表明X射线照射对双星的演化几乎没有影响。我们还发现该通道能够在哈勃时标内解释孤立毫秒脉冲星的形成。此外，黑寡妇的两个子类可能有着不同的前身星，并且伴星质量小于0.01太阳质量的黑寡妇不可能由红背脉冲星演化而来的。（2）给出了中子星+氦星系统形成Ia型超新星的参数空间，并为自转较慢的孤立脉冲星提供了一种形成通道。一般认为Ia型超新星起源于碳氧白矮星的热核爆炸。然而，观测发现Ia型超新星的爆发具有多样性，这表明不同的Ia型超新星很可能有不同的前身星模型。我们系统性研究了发生在中子星+氦星系统中的Ia型超新星爆发。研究表明，在氦星发展出质量在1.335-1.385太阳质量间的氧氖核后，简并核内部能够触发爆炸性氧燃烧，进而发生Ia型超新星爆炸。我们获得了该模型下形成Ia型超新星的参数空间。我们还发现该模型发生Ia型超新星爆炸后会形成一颗自转较慢的孤立脉冲星，这些孤立脉冲星的最小自转周期在30-100毫秒之间，空间速度小于360km/s。（3）基于电子俘获型超新星通道，给出了由该通道形成双中子星系统的特征。一般认为当氧氖核的质量接近钱德拉塞卡质量极限时，就会在中心触发Ne20的电子俘获反应，从而发生电子俘获型超新星，并形成一颗中子星。我们构建了不同初始参数下的中子星+氦星模型，并且考虑了氦星在发展出质量接近钱德拉塞卡质量极限的氧氖核时可能发生的爆炸性氧燃烧。获得了该通道下发生电子俘获型超新星的参数空间，并且发现该参数空间中的氦星质量和最小轨道周期随着金属丰度的增加而增加。此外，通过考虑氦伴星在塌缩成中子星时受到的kick速度，我们研究了该通道下形成双中子星系统的特征。发现小的kick速度(小于80km/s)能够解释观测上大多数的双中子星系统。我们还给出了双中子星系统在超新星爆炸前的双星特征，发现大多数的前身星系统有着较短的轨道周期(小于1天)。（4）建立了新星爆发过程中白矮星混合度的测定方法，解释了新星抛射物中的氦增丰现象。经典新星是发生在吸积白矮星表面的失控式热核燃烧现象。观测表明新星抛射物中存在氦增丰和金属增丰的现象，这表明新星爆发期间可能存在吸积物质与白矮星表面物质的混合过程。然而，人们对于新星爆发中的混合度仍不清楚。通过考虑不同的白矮星混合度和白矮星质量，我们计算了一系列的新星爆发模型。发现新星抛射物中的元素丰度比值可以用来测定混合度，并且小质量的白矮星可能会导致高的白矮星混合度。此外，通过考虑吸积物质与白矮星表面氦壳层的混合过程，我们解释了观测上氦增丰的现象，并且发现氦混合会导致更加剧烈的新星爆发。（5）给出了氧氖白矮星表面氦闪的特征，为大样本恒星演化研究提供了初始输入。白矮星按照元素成分的不同可分为氦白矮星、碳氧白矮星以及氧氖白矮星。在双星系统中，如果氧氖白矮星通过吸积富氦物质使其质量接近钱德拉塞卡质量，就会触发吸积致塌缩型超新星。然而，人们对氧氖白矮星表面的氦闪特征仍不清楚。通过模拟不同氧氖白矮星质量和吸积率下的新星模型，系统性研究了氧氖白矮星表面的氦闪特征。发现质量积累率随着白矮星质量和吸积率的升高而升高，而新星爆发周期和点燃质量随着白矮星质量和吸积率的升高而降低。我们还给出了不同新星模型的抛射物的元素丰度。此外，通过考虑吸积物质与白矮星物质混合过程，我们给出了混合模型下新星爆发的特征。这些结果可以为大样本恒星演化研究提供初始输入，进而对吸积致塌缩型超新星的诞生率进行限制。 |
| 学科主题 | 天文学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 0 |
| 源URL | [http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/26402]  |
| 专题 | 云南天文台_大样本恒星演化研究组 |
| 作者单位 | 中国科学院云南天文台 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 郭云浪. 致密天体吸积及演化研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2023. |
入库方式： OAI收割
来源：云南天文台
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