双星族基本性质与双星共有包层过程的观测研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 李江丹
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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 | 韩占文 |
| 关键词 | 双星 双星族统计性质 双星演化 热亚矮星 共有包层演化 |
| 学位专业 | 天体物理 |
| 其他题名 | Observational studies on the basic properties of binary population and the common envelope evolution |
| 英文摘要 | 大约一半的恒星处于双星系统中，它们在引力的作用下相互绕转。在现代天文研究的不同领域中，双星占有非常重要的地位。双星演化决定着恒星的命运，许多重要天体（Ia型超新星、恒星级双黑洞/双中子星等引力波源）的形成都与双星密切相关。双星演化产生的炙热天体，如热亚矮星对早型星系的紫外辐射有主要贡献，沃尔夫-拉叶星（Wolf-Rayet; WR）在宇宙早期再电离中发挥重要的作用。但是，双星族的基本性质以及双星的共有包层演化过程目前依然不清楚。这直接影响了我们对恒星演化的精确限制以及对恒星级双黑洞、双中子星等重要天体的形成和演化的理解。在本文中，我们对 双星族基本性质以及双星共有包层演化进行了一系列的观测研究，主要包括以下几个方面： (1) 双星族的统计性质（双星比例、质量比分布和周期分布等）是天体物理研究中的一个基本参量，对于理解和研究双星演化、双星相关重要天体的形成和演化、恒星形成以及银河系的演化等具有重要作用。然而，人们长期以来对双星族的统计性质知之甚少。海量 LAMOST中分辨率巡天光谱数据为研究双星族的统计性质提供了可能性，尤其是在研究双星的质量比分布和双星比例方面具有绝佳优势。我们提出了一种创新性的方法——峰值振幅比法，可根据光谱中获得的结果从而推导出双星系统的质量比。基于 LAMOST DR6 和 DR7 中分辨率光谱数据，我们利用峰值振幅比方法得到了不同光谱类型的3000 多颗双星系统的质量比分布。通过幂律函数拟合，我们发现质量比在 0.6 − 1.0 范围内的 A 型、F 型 和 G 型双星的质量比分布幂指数 分别为 0.42 ± 0.27、0.03 ± 0.12 和 2.12 ± 0.19； 即随着主星质量的减少， 值增加。因此，我们认为相比于 A 型和 F 型双星，更 多的 G 型双星倾向于是双胞胎双星（twin binary）——也就是伴星和主星质量接近。另外，我们得到了 A、F 和 G 型双星的密近双星比例（ ≲ 150 d 和 ≳ 0.6） 分别为 7.6 ± 0.5%，4.9 ± 0.2% 和 3.7 ± 0.1%。通过该研究，我们给出了双星族的 一些重要统计性质，为进一步的双星演化研究提供了观测依据；我们开发的峰值 振幅比法，为挖掘大规模光谱巡天数据中的物理信息提供了一种有效方法。 (2) 双星共有包层演化是双星演化的一个未解的关键过程，被广泛用于解释热核爆炸超新星（宇宙标准烛光）和双黑洞/双中子星等引力波源的形成。然而，近半个世纪以来双星共有包层演化一直缺乏直接的观测证据。共有包层过程是热亚矮星双星系统形成过程中经历的重要演化阶段；因此，对热亚矮星双星系统开展观测研究可以限制双星共有包层演化过程。我们基于 WiFeS 光谱数据以及 SkyMapper、K2 和 ZTF 测光数据，发现了由一颗热亚矮星和一颗吸积白矮星组成的双星系统 J1920-2001（目前已知的第三个这类双星系统）。基于测光数据，我们得到该双星系统轨道周期为3.495 小时，且 6 年内其轨道周期减小了 0.1 秒。通过光变曲线拟合，热亚矮星的质量为 sdO = 0.55 M⊙，质量比为 = WD/ sdO = 0.738±0.001。另外，盘的半径为 ∼ 0.41 R⊙，厚度为 ∼ 0.18 R⊙。通过光谱分析，我们得到热亚矮星的有效温度为 eff = 54240 ± 1 840 K，表面重力为 log = 4.841 ± 0.108。基于光谱中强烈的 Ca II H&K 线，我们探测到了该双星系统周围有一个正在被抛射的共有包层，这对于理解双星演化、热核爆炸超新星以及双黑洞形成等前沿科学具有重要意义。结合理论模型分析，我们发现这个双星系统中的热亚矮星的前身星可能是一颗红巨星，或者更有可能是一颗早期的渐进巨星；双星系统中的热亚矮星很可能会演化成一个白矮星，并与它的白矮星伴星并合，最终形成一个北冕座 R 型变星。 (3) 理解双星共有包层演化需要从观测上搜寻更多经历过共有包层演化的双星系统样本（热亚矮星双星等），并进行统计分析。然而，由于共有包层演化时标很短，难以被观测到。LAMOST 海量的光谱巡天数据使得搜寻更多的“后共有包层双星系统”成为可能。基于 LAMOST DR7 的低分辨率光谱巡天，我们利用观测的热亚矮星候选体，分析了热亚矮星周围是否存在盘或尘埃。我们通过高斯拟合的方法计算了这些样本中 Ca II K 线的等值宽度，并将其与星际物质产生的 Ca II K 线的强度进行比较。通过谱线特征和恒星所处银河系位置，我们找到了 368 个附近可能存在盘的热亚矮星双星候选体，这些特殊双星样本很可能经历过共有包层演化。这些样本的发现对我们理解热亚矮星的形成和演化具有重要意义，同时也为后续研究共有包层阶段提供了重要的线索。 |
| 学科主题 | 天文学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 0 |
| 源URL | [http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/26407]  |
| 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 | 李江丹. 双星族基本性质与双星共有包层过程的观测研究[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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