小麦哲伦云中的早型相接双星的观测与研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 吴楚齐
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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 | 钱声帮 |
| 关键词 | 食双星 相接双星 小麦哲伦云 恒星演化 物质转移 |
| 学位专业 | 天体物理 |
| 其他题名 | Observation and Study of Early-type Contact Binaries in the Small Magellanic Cloud |
| 英文摘要 | 早型相接双星，是一类存在光谱型为O型、B型或A型的子星且两子星均充满并溢出各自的洛希瓣且具有一个辐射公共包层的强相互作用双星系统。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。小麦哲伦云（SMC）是一个银河系的临近星系，金属丰度低于银河系。光学引力透镜实验（OGLE）在SMC中发现了一大批食双星。本工作基于OGLE-IV的观测数据和前几期的光变数据，系统性地对SMC中的早型相接双星进行解轨分析和轨道周期分析，求解它们的基本物理参量，并且探究其轨道周期变化的原因。通过SMC中早型相接双星的统计数据，与银河系内的大质量双星进行对比，探讨不同星系环境对早型相接双星的影响。本课题基于OGLE-IV的数据，通过V-I色指数小于-0.07 mag，周期小于1天并且食深大于0.15 mag及弥散度条件，筛选出SMC中的相接双星候选体进行研究。最终筛选出17个早型相接双星。然后利用OGLE前几期的观测数据获得了它们跨度最多约20年的极小时刻信息，对它们进行O-C（观测极小减理论极小）轨道周期分析。通过O-C曲线的拟合，得出可能的质量转移（表现为抛物线趋势），第三天体（表现为周期性振荡趋势）等信息。此外，通过使用W-D程序对它们的的OGLE-IV I 波段测光数据进行解轨分析，获取相关的如质量比，轨道倾角，相接度等基本物理参数。作为对比研究，该课题还从银河系中精选出部分大质量双星，结合它们的TESS数据和历史极小数据对它们的轨道周期进行了详细分析研究。具体的研究结果如下：1. 对银河系中的三个大质量双星HI Mon、TU Mus和AI Cep的轨道周期分析，获得新的发现。在HI Mon大质量双星中首次发现了轨道周期的周期性振荡，这代表着其可能存在伴星天体。针对TU Mus的再次轨道周期分析，进一步证实了以前研究的结果，即O-C曲线显示出的双重周期性变化叠加揭示了该大质量双星可能存在于一个四星系统，包括一个可视伴星和一个不可视伴星，其导致了轨道周期的周期性变化。AI Cep的轨道周期分析得到的O-C曲线呈现开口向上的抛物线趋势，揭示了它的周期呈现长期增加的趋势，推断出其由小质量子星向大质量子星进行物质转移。2. 研究发现，17个系统中的7个相接双星的$O-C$曲线都存在周期性的振荡，这说明它们的轨道周期在周期性的增大或减小，相关的条件证实它们由光时轨道效应而导致的。通过使用Wilson-Devinney（W-D）程序来分析它们的OGLE观测的I波段光变曲线，首先对其中6个进行了分析。结果显示，这些系统中存在第三天体的轨道周期为6.41年到24.65年，最小质量为0.31M_sun到4.11M_sun。这六个系统中，其中三个具有负的dP/dt，这意味着它们的周期在持续缩短。从W-D的结果的相接度中可以看出，有三个深度相接双星、一个中度相接双星和两个浅度相接双星。其中的浅度相接双星可能是由于快速物质转移而刚形成的。从结果来看，小麦哲伦云中早型相接双星系统的多星比例（存在第三天体的双星的比例）比小麦哲伦云中食双星系统总的多星比例14%要高得多，也比位于开普勒卫星观测区域的银河系恒星的多星系统1/12要高得多。3. OGLE-SMC-ECL-2063是SMC中一个短周期的早型双星，其周期为0.6317643d，是我们发现的7个轨道周期具有周期性变化特征的早型相接双星系统之一，课题利用南非天文台的1m望远镜对其进行BVR多波段观测，获得了两个夜晚的数据。之后使用W-D程序分析其多波段光变曲线获得非常可靠的基本物理参量，结果表明，OGLE-SMC-ECL-2063是一个拥有高质量比（0.900），相接度为35.9%的相接双星。O-C曲线表明，OGLE-SMC-ECL-2063的周期呈长期增加趋势，并带有振幅A = 0.00503d，周期P_3=14.80年的周期性振荡。以上证据表明，OGLE-SMC-ECL-2063处于Case A的质量转移演化状态，通过其周期增加速率推导出质量转移速率为dM2/dt=-5.67 x 10^-7M_sun/yr。由于OGLE-SMC-ECL-2063的两个子星均为早型星，第三天体的存在可以解释其轨道周期的周期性振荡，且第三天体的质量不小于0.70 M_sun，与双星的距离不超过13.22 AU。结合光变曲线分析结果，第三天体倾向于是一颗低质量的晚型恒星。4. SMC中筛选出的17个候选体中有10个相接双星的轨道周期基于当前的观测数据没有展示出显著的周期性变化。通过 O-C 曲线分析，包括四个轨道周期长期减小的相接双星，一个轨道周期长期增加的相接双星。发现其中三个相接双星的轨道周期变化主要由角动量损失导致的，而其余的主要由质量转移造成。通过使用W-D程序对它们的 I 波段光变曲线进行分析，发现六个相接双星处于深度相接状态，三个相接双星处于浅度相接状态，一个处于中度相接状态，所有的相接双星的温度比都接近于 1。最后，结合 17 个源的光变曲线和周期变化的分析，包括7个拥有第三天体的大质量相接双星，对大质量双星的演化进行了探讨，结果揭示了大多数大质量相接双星可能通过快速物质转移阶段而形成的。5. 针对SMC的批量大质量相接双星研究中，发现存在一些处于特殊演化阶段的双星系统。首先从W-D拟合的结果中发现其中三个大质量相接双星的质量比非常接近1，该类型双星通常被称为双胞胎双星。其次本课题的研究目标中有一半以上的相接双星的相接度在50%以上，而其中OGLE-SMC-ECL-1987的相接度则达到了90%以上，对未来的研究有重要的意义。 |
| 学科主题 | 天文学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 0 |
| 源URL | [http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/26409]  |
| 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 | 吴楚齐. 小麦哲伦云中的早型相接双星的观测与研究[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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