致密双星的演化和X射线源的研究

<正>X射线是高能天体物理的重要研究波段,研究天体的X射线辐射对认识它们的形成和演化、限制宇宙中的恒星形成历史、研究星系的形成和演化等等具有重要意义.在本文中,作者以X射线双星、特别是含有白矮星为致密吸积星的X射线点源为对象,通过数值计算和观测两种手段,研究这类源形成和演化中的一些重要过程、演化产物、和Ia型超新星可能的前     

Be／X射线双星的理论模型

为解释Ｂｅ／Ｘ射线双星波段联合观测结果，已发展了许多理论模型。在本文中简述这些Ｂｅ／Ｘ射线双星理论模型的研究现状，包括枞两个正常的Ｂ型星组成的密近双星演化成为Ｂｅ／Ｘ射线双星的演化模型，描述Ｂｅ星气壳的物理模型，Ｂｅ星和中子星的性质所决定的中子星吸积方式的吸积量及Ｂｅ／Ｘ射线双星Ｘ射线源光变曲线的理论解释。     

X射线双星

X射线双星是最近十几年以来天体物理学中很活跃的一个研究领域。本文简要地介绍了这个新领域的基本内容,包括:几个典型的X射线双星的观测资料;X射线双星中致密源的定性分析;理论上的核心问题——吸积到黑洞、中子星和白矮星——的阐述。     

对密近双星中致密星发射的X射线的一般特征的解释

本文研究了密近双星中的 X 射线源的发射机制.本文提出:在致密星(中子星或黑洞)的吸积所形成的 X 射线发射区中,电子对的产生起着重要的作用.这种模型可以定性地说明 X射线双星所具有的几个一般的观测特征,即:1.它们的 X 射线光度都在10~(36)—10~(38)尔格/秒范围中.2.X 射线能谱为幂形式,或热韧致形式.3.热韧致谱的温度数量级为10~K.4.当光度涨落时,能谱形式无明显变化.     

黑洞吸积理论及其天体物理学应用的近期发展(Ⅱ)

黑洞吸积理论是天体物理学的一个基础理论,是认识许多高能天体系统如活动星系核、黑洞X射线双星,以及伽马暴等的重要物理基础.该文评述近年来黑洞吸积理论尤其是径移主导吸积流模型(advection-dominated accretion flow)及其变种的主要发展,并介绍该理论在银河系中心、低光度活动星系核、黑洞X射线双星等方面的应用.共分为两篇,该文是第2篇,内容是关于黑洞热吸积流理论在低光度活动星系核以及黑洞X射线双星方面的应用.     

Be/X射线双星包层性质的研究

Be单星和Be/X射线双星作为一类特殊早型天体和特殊的大质量X射线双星 ,在各个波段都有与其它相同光谱型的B型天体显著不同的特征 ,因此长期以来引起中外天文学者的关注。首先在可见光波段发射线的存在 ,就是对仅产生吸收线的经典大气的挑战 ;其次Be星作为一类早型带有包层天体 ,研究Be星包层的性质 ,对研究原恒星包层性质和进一步了解早型星其它光谱型的性质是非常重要的 ;再者可以研究Be星的存在与星际磁场或湍流的星际介质是否有关 ;最后研究Be/X射线双星 ,对双星的演化模型也有很重要的作用。随着天文观测手段的不断完善和理论模型的发展 ,我们对Be星的现象有了更深的了解 ,并且产生了一些模型。研究内容包括Be星包层和星风的性质 ,以及包层形成机制 ,Be/X射线双星物质相互作用等。本文共分五章 ,第一章主要概要介绍Be和Be/X射线双星历史和目前已经取得的成就 ;第二章介绍Be单星多波段观测结果 ;第三章介绍Be/X射线双星的观测结果 ;第四章介绍目前主要的Be单星和Be/X射线双星模型 ;第五章给出Be/X射线双星XPer/ 4U0 352 30的分光观测结果 ,并结合单臂振动盘模型给出定性解释。     

激变变星

激变变星是密近双星系统,包含一颗白矮星主星和一颗晚型星伴星。晚型星伴星充满了其Roche瓣,并向主星转移物质,在主星周围形成一个吸积盘。这类双星对于我们认识吸积过程、密近双星的演化等是相当重要的。本文主要从实测角度综述激变变星研究的现状,并讨论一些尚待解决的问题。     

吸积双星系统发射的511keV正负电子湮灭线

正负电子湮灭形成的511keV线谱是高能天体物理学光子能谱中的重要成分.本文通过Monte Carlo计算,研究了吸积双星系统(典型的如 CygX-3)中的正负电子湮灭过程.结果表明,一定物理环境下吸积双星系统可以发射较窄的正负电子湮灭线,它的流强和宽度依赖于双星系统发射的高能γ光子的强度大小,X射线晕的状态、尺度和温度分布以及吸积盘中电子的密度大小和分布.本文也讨论了现代的实验(如GRO卫星上的OSSE探测器)观测它的可能性.     

钡星系统轨道根数分布及丰度的Monte-Carlo模拟计算

采用星风质量吸积的角动量守恒模型，用Monte—Carlo方法研究了普通红巨星双星系统和钡星的轨道根数的变化规律，由于钡星系统是由普通红巨星双星系统演化而来，因此钡星系统的轨道偏心率及周期的分布显示了经过质量吸积后双星系统的最终轨道特征。计算结果表明，随着星风吸积过程的进行，在星风质量损失阶段系统轨道半长轴将增大，导致轨道周期增大，而偏心率变化不大，由此可以解释普通红巨星双星系统和钡星系统的轨道根数的分布规律和变化情况以及钡星重元素丰度分布特征。     

激变双星的角动量损失机制和演化

本详细研究了激变双星系统的演化，发现磁制动机制导致的角动量损失要求星风的量级为１０＾－１１—１０＾－１２Ｍ⊙ｙｒ＾－１，这比太阳风强１０＾２－１０＾３倍，表明磁星风机制失效。作认为驱动双星系统演化的角动量损失是由来自致密星的吸积盘外边缘的物质溢出的惯性离心力所致。     

活动星系核与类星体中致密天体的形成与并合：伽玛爆发与引力辐射

频繁的超新星爆发可用以解释活动星系核与类星体的超高金属丰度。星团中的恒星与吸积盘相互作用导致致密天体中子星和黑洞的形成率很高,这些致密天体与红巨星很容易形成双星系统,而后形成（ＮＳ／ＢＨ,ＮＳ／ＢＨ） 双星由于引力辐射最终导致并合而形成伽玛射线爆发。我们估计了伽玛射线爆的爆发频率,发现与观测相符。     

银河系甚弱X射线暂现源的研究进展

银河系内的X射线双星暂现源大多是吸积的黑洞或中子星系统。最近十几年以来,还探测到几十颗具有极低爆发光度(2～10 keV的光度约10~(27)～10~(29) J·s~(-1))的X射线暂现源,称为甚弱X射线暂现源(very faint X-ray transient,简称VFXT)。根据观测和理论分析,VFXT的长期平均物质吸积率约小于10~(-13)～10~(-12) M_⊙·a~(-1),这样低的吸积率无法用传统的X射线双星演化理论解释。首先总结了VFXT的观测特征,指出其族群多样性的特征。评述了现有可能的机制,并指出还需要更多的观测和理论研究来揭示这类奇特的暂现源的本质。     

粘滞对黑洞吸积盘的截断的影响

采用吸积盘-冕模型研究了粘滞对黑洞X射线双星和低光度活动星系核(LLAGN)中吸积盘的截断以及黑洞X射线双星中高低态转变的影响.以前的分析表明,冕的结构对粘滞的大小非常敏感.因此详细计算了一系列粘滞系数情况下冕的结构.为了便于与观测比较,将数值计算结果进行解析拟合得到最大蒸发率和粘滞系数a的关系,M/MEDD≈1.08a3.35;截断半径和粘滞系数的关系,R/Rs≈36.11a-1.94.这些结果可以用来解释光谱态的高低态的转换和截断半径的变化.并将这些结果应用到几个黑洞X射线双星XTE J118 480,GX 339-4,以及活动星系核NGC 4636中.     

黑洞天体活动的基本面研究

<正>活动星系核(中心黑洞质量M_(BH)～10~6-10~(10)M_⊙)和黑洞X射线双星(M_(BH)～10M_⊙)普遍被认为具有相似的中心引擎:黑洞、吸积盘和喷流.类似的中心引擎、质量相却差如此之大(6–9个数量级)的两类黑洞系统是否具有相似的物理仍不清楚.本文围绕不同尺度黑洞天体的物理性质和观测特性展开,主要研究了不同尺度黑洞天体活动的基本面关系以及黑洞X射线双星的能谱演化.     

激变双星的角动量损失机制和演化

本文详细研究了激变双星系统的演化，发现磁制动机制导致的角动量损失要求星风的量级为１０￣（－１１）－１０￣（－１２）Ｍ＿⊙ｙｒ￣－１，这比太阳风强１０￣２－１０￣３倍，表明磁星风机制失效，作者认为驱动双星系统演化的角动量损失是由来自致密星的吸积盘外边缘物质溢出的惯性离心力所致。     

吸积盘和冕的研究与应用

本文主要研究有热冕存在的吸积盘的特征。首先，我们采用最新的不透明度表和态方程表对经典薄盘的结构进行了探讨。然后考虑吸积盘上下方存在的热冕，分析了冕中的物理过程并研究了冕的结构。在此基础上，我们计算了有冕盘的结构并与无冕盘比较，讨论了盘冕共存系统中物质的蒸发。采用内区径流（亦译为平流）ADAF主导吸积与外区有冕盘吸积方案，研究了黑洞双星系统中光谱态之间转换的作用，提出了黑洞双星系统中光谱态转换的新机制，主要研究成果如下：1、不透明度是吸积盘不稳定性的重要因素。不透明度表和相应的态方程表的改进对吸积盘结构的影响不大，相对于粘滞系数和混合程的不确定性而言是可以忽略的。2、系统的冕结构研究表明，冕的存在对盘的结构有重要影响。吸积物质从冷盘蒸发到热冕中会使内盘物质耗空，在内区只有冕存在。这样的结构将对吸积盘的辐射产生重要作用。3、数值计算了冕的演化，发现物质蒸发使吸积盘理论能自然地诠释如下观测特征：矮新星爆发中出现的紫外边延滞、X－射线后爆发，以及爆发温度。然后，我们提出了新的关于WZ Sge型矮新星和X－射线新星在沉寂阶段的演化模型。在此基础上，我们数值模拟了WZ Sge的长周期演化。4、提出了冕盘的蒸发是吸积从外区薄盘向内区ADAF转化的原因。利用蒸发模型计算了X－射线瞬变源的转换半径，发现理论值与观测值基本一致。5、用有冕盘蒸发模型探讨了X－射线双星中（如Cyg X-1,LMC X-1,LMC X-3)光谱态、从硬到软的变化，发现吸积率的变化导致了ADAF和薄盘之间转换半径的变化，从而使光谱态发生了变化。     

Ⅰ型X射线暴和中子星周围物质的相互作用研究进展

Ⅰ型X射线暴是发生在中子星小质量X射线双星表面的不稳定核燃烧过程。Ⅰ型X射线暴的辐射可对中子星周围的物质产生显著影响。文章回顾了Ⅰ型X射线暴与中子星周围物质之间的相互作用的观测结果和理论解释,包括坡印亭-罗伯逊效应引起的吸积率增加、Ⅰ型X射线暴能谱中的吸收限特征、吸积盘反射、千赫兹准周期震荡信号的变化、冕冷却导致的硬X射线缺失等;此外,还介绍了NICER卫星相关观测的最新进展。     

大质量X射线双星脉冲星4U 1901+03的脉冲轮廓研究

大质量X射线双星脉冲星4U 1901 03在沉寂30多年后,于2003年1月爆发.利用罗西X射线时变探索者卫星RXTE为期5个月的观测数据,对其脉冲轮廓进行了系统研究,得到了该源的脉冲轮廓演化以及能量相关性,脉冲比例演化和脉冲比例对能量的依赖关系.研究发现,4U 1901 03的脉冲轮廓和脉冲比例随双星系统的吸积率变化呈现阶段性的演化,脉冲比例在十几keV处达到峰值.这些脉冲轮廓的复杂变化表明,脉冲轮廓不能用单一的几何或物理模型解释,而是与观测角度以及X射线源的辐射机制相关.利用标准的脉冲星辐射模型讨论了4U 1901 03脉冲轮廓的观测现象.     

黑洞吸积理论及其天体物理学应用的近期发展(Ⅰ)

黑洞吸积理论是天体物理学的一个基础理论,是认识许多高能天体系统,如活动星系核、黑洞X射线双星、伽马射线暴等的重要物理基础。该文评述了近年来黑洞吸积理论,尤其是径移主导吸积流(advection-dominated accretion flow,ADAF)模型及其变种的主要发展,并介绍该理论在银河系中心、低光度活动星系核、黑洞X射线双星等方面的应用。全文分为两篇,该文是第一篇,内容是关于黑洞的热吸积流理论及其在银河系中心的应用。     

吸积盘物理：稳定性和振动

研究了环绕致密天体的吸积盘的稳定性质和振动模式。特别关注了在热致和粘滞扰动作用下稳定的对流起支配作用的盘外流。还研究了相对论性吸积盘的振动模式。一些在盘内的捕获的，非衰减的模式也许可以用来解释X射线双星和活动星系核中所观测到的准周期振动。