探究双脉冲星候选体PSR J1906+0746的物理性质

PSR J1906+0746是2006年发现的一颗自旋周期为144 ms的射电脉冲星,由于探测到的是第2颗形成的非自转加速伴星,主星和伴星组成的系统极有可能成为另一对双脉冲星.从PSR J1906+0746的基本物理量出发,针对性地对比研究双中子星和脉冲双星(包括中子星-白矮星)的磁场-周期关系,大致得出他们的演化路径;其次通过双中子星的形成机制以及双星形成过程中的物质损失,假定非自转加速的伴星形成于电子俘获,得出伴星前身星的质量约为1.57 M⊙,在形成双中子星系统过程中损失了约0.23 M⊙.这可能是由于电子俘获能量较低,不能抗衡伴星的引力束缚能,最终抛出物质没有逃逸,形成了一个椭圆环,成功解释了在X射线波段观测到的围绕着PSR J1906+0746的环结构.     

中子星质量分布与诞生方式的研究

统计研究了63对双星系统中的72颗中子星(NS)的测量质量,其中包括18对X射线双星(XB)、9对双中子星(DNS)、4对中子星主序星系统(NSMS)、32对中子星白矮星系统(NSWD).运用Monte-Carlo随机抽样的方法,模拟出NS的质量分布,然后基于模拟结果进行统计分析.通过质量的统计研究,发现其质量呈双峰分布,分别集中在(1.328±0.220)M_⊙和(1.773±0.416)M_⊙.值得注意的是,在不考虑DNS的情况下,发现其质量分布仍然是双峰分布,质量集中在(1.360±0.337)M_⊙和(1.854±0.322)M_⊙.18颗DNS质量为单峰分布,平均质量为(1.330±0.0089)M_⊙.NS质量的双峰结构显示出,其可能有两种诞生方式.认为可能是铁核塌缩超新星爆发和电子俘获超新星爆发.DNS质量的单峰结构意味着DNS诞生演化机制可能与其他双星系统不同.为了进一步研究中子星质量分布的特性,将53颗测量到自旋周期的NS在20 ms处分为两组,分别为毫秒中子星(MSP,Ps≤20 ms)和正常中子星(PSR,Ps20 ms),发现这两类NS质量也都呈现出双峰分布,而且MSP的平均质量要比PSR的平均质量大～0.22 M_⊙.这表明NS在诞生后吸积约0.22 M_⊙的物质时,将可能成为MSP.根据NS质量与周期在M-Ps图上的分布,拟合出质量与周期之间的关系为:M=1.4+(Ps/ms)~(-3/2)M_⊙.     

中子星中心致密天体的双星起源

探讨了认为中心致密天体(CCO)起源于双星的可能性.首先, CCO与正常遗迹脉冲星有着相似的平均自旋周期,但CCO的平均表面磁场强度(B～5.4×10~(10)Gs)低于正常遗迹脉冲星(B～7.7×10~(12)Gs)～2个量级.同时,几乎所有的正常遗迹脉冲星均分布在爱丁顿吸积加速线以上,而CCO全部分布在自旋加速线以下.因此怀疑CCO可能起源于双星吸积加速过程.其次,基于中子星再加速理论,分析了CCO可能的双星演化过程:双星系统中, CCO以M～1017g·s~(-1)的吸积率,经过～106yr的时间共吸积△M～10~(-2)M⊙的物质,其自旋周期将会从P～10 s降低至P～0.1 s,表面磁场强度将会从B～10~(12)Gs降低至B～1010Gs.考虑到～106yr的演化时标远大于CCO遗迹的年龄(～0.3–7 kyr),猜想CCO可能是双星系统中第1颗恒星超新星爆发的产物,而第2颗恒星超新星爆发后双星解体,留下CCO和第2颗恒星的超新星遗迹.该模型预言在CCO附近可能存在一颗年轻的正常脉冲星(P～0.02 s, B～1012Gs),并期望未来的射电望远镜和高能探测器能够进行搜寻.     

钡星重元素丰度的再研究

在包括双星及逃逸物质的系统总角动量守恒模型的基础上,采用了星风质量吸积机制、由伴星通过逐次脉冲从主星吸积物质并与其外包层进行混合的模型出发,自洽地计算了钡星的重元素超丰,并给出理论计算结果与观测值的比较,计算结果表明,当取Ｂｏｎｄｉ－Ｈｏｙｌｅ质量吸积率的五分之一作为实际吸积率时,对于轨道周期较长、相距较远的钡星系统。在误差范围内,理论计算曲线与在多数样品星的重元素观测值相符合;而对于ＨＤ２０４０     

毫秒脉冲星

毫秒脉冲星PSR1937 214的发现是近几年天体物理学中的一次重要事件。本文介绍了该星的发现史和主要观测事实。该星自转周期为1.557806449023毫秒,是转动最快的脉冲星。周期变率为1.24×10~(-19)秒/秒。在它的周围没有明亮的超新星遗迹。这颗脉冲星的引人注目的特征是磁场低和在P—P图上位置独特。文中还评述了解释这颗脉冲星的四种模型;(1)起源于吸积X射线双星的中子星,通过从伴星吸积物质而加速到毫秒周期;(2)Michel和Dessler提出的盘模型脉冲星中的普通一员;(3)双中子星并合体;(4)辐射年龄小的脉冲星。最后一种可能性是本文作者提出的。根据具有相似特征的脉冲星倾向于分布在同一条PP~(-5)等值线及可按等值线排成演化序列的事实,作者按光速圆柱磁能衰减来定义脉冲星辐射年龄t:B/8π∝PP~(-5)=C_0exp(-2t/τ)(τ为磁能衰减时标),井据此认为PSR1937 214和蟹状星云脉冲星、船帆座脉冲星都是辐射年轻的。     

钡星重元素丰度的再研究

在包括双星及逃逸物质的系统总角动量守恒模型的基础上,采用星风质量吸积机制,由伴星通过逐次脉冲从主星吸积物质并与其外包层进行混合的模型出发,自洽地计算了钡星的重元素超丰,并给出理论计算结果与观测值的比较．计算结果表明,当取Ｂｏｎｄｉ－Ｈｏｙｌｅ质量吸积率的五分之一作为实际吸积率时,对于轨道周期较长（Ｐ＞１６００天）、相距较远的钡星系统,在误差范围内,理论计算曲线与大多数样品星的重元素丰度观测值相符合;而对于ＨＤ２０４０７５和ＨＤ１６４５８两颗钡星,将质量吸积率增大为Ｂｏｎｄｉ－Ｈｏｙｌｅ质量吸积率的二分之一时,计算结果与观测值符合较好,这表明质量吸积率在Ｂｏｎｄｉ－Ｈｏｙｌｅ质量吸积率的十分之一至二分之一之间．对于具有较短轨道周期（Ｐ＜６００天）的钡星系统,计算结果与丰度观测值偏差较大,表明钡星系统中还有其它的形成机制．     

脉冲星的光度、磁场和演化

中子星是恒星在核能源已经耗尽的情况下引力坍缩的产物。它仍然具有很高的温度 ,热能将以黑体辐射的形式辐射出去 ,但是这种能量通过各种冷却过程而耗散 ,不可能是脉冲星的主要能源。脉冲星的引力特别强 ,如果它是双星系统的成员 ,而且伴星不是致密星时 ,伴星的物质有可能被吸积到脉冲星上 ,被吸积物质的引力势能可以转化为别的能量形式 ,Ｘ射线脉冲双星就属于这种情形。但是大多数脉冲星不是双星系统 ,在约占脉冲星总数 5%的双星系统中 ,绝大多数的伴星都是白矮星或中子星 ,所以引力能不是脉冲星的主要能源。脉冲星的能量来自何方 ?地球有…     

中子星吸积加速与引力辐射影响

研究了中子星双星系统吸积过程中的中子星自旋加速,得到其周期随着吸积质量的变化关系,并且通过对中子星磁场与周期演化分析,对比脉冲星的观测,获得了理论与观测类似的结果,在此基础上,研究了引力辐射作用对中子星自旋加速过程的影响,并且推导了吸积过程中中子星自旋周期变化率,探讨了吸积与引力辐射影响相当的临界角速度Ω_(cr),评估了中子星的自旋在引力辐射下的影响.     

年轻脉冲星周期-磁场分类及演化

年轻脉冲星多处于超新星遗迹(Supernova Remnant, SNR)中, 其分为转动供能脉冲星(Rotation-powered SNR-PSR)、磁星(Magnetar)和中心致密天体(Central Compact Object, CCO), 这3类年轻脉冲星有着不同的自旋周期及磁场强度分布. % 其中, 遗迹磁星(SNR-Magnetar)的平均自旋周期比转动供能遗迹脉冲星大近一个量级, 平均磁场强度高近两个量级. % 同时, 中心致密天体比转动供能遗迹脉冲星的平均磁场强度低近两个量级. % 这3类年轻脉冲星不同的物理性质, 可能源于其不同的前身星或不同的超新星爆发过程, 也可能源于其中子星诞生后的不同演化过程. % 此外, 转动供能遗迹脉冲星比年轻的转动供能非遗迹脉冲星具有更快的平均自旋周期、更大的平均磁场强度和更短的平均特征年龄. % 这暗示新诞生的中子星经时间约为$10^5$--$10^6$yr的演化过程, 其自旋速度将减小近一半, 同时其磁场强度也将衰减近一半.     

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。     

大质量中子星PSR J0348+0432原生星的组成与结构

在相对论平均场理论中考虑重子八重态,选取每重子熵S=1或S=2,集中研究讨论了熵效应对大质量中子星PSR J0348+0432原生星性质的影响.利用GL85核子耦合参数组计算了PSR J0348+0432的质量,将该参数组推广来计算每重子熵S=1或S=2时原生中子星的性质.结果发现原生中子星较零温中子星会有更多超子出现,且原生中子星的温度越往内部温度越高,超子的出现会降低内部温度.熵会增大大质量原生中子星的质量,这种增加效应超过超子出现减小大质量中子星质量的效应.熵会增加原生中子星的半径,即原生中子星的冷却是一个星体收缩的过程.     

小质量X射线双星中中子星自转演化的研究

为解释毫秒脉冲星自转周期的观测数据和理论结果之间的差异,采用数值分析的方法研究了小质量X射线双星中中子星的自转演化.在计算中,分别考虑了辐射压和中子星辐照引起的物质交流的不稳定性对系统的影响.结果如下:(1)吸积盘内的辐射压会使自转周期有小幅增加,中子星辐照导致的物质传输率的变化会缩短演化路径中自转减慢的阶段;(2)同时考虑辐射压和中子星辐照时在物质传输的高态阶段吸积会被辐射压抑制;(3)吸积的质量和快参数影响达到自转平衡的系统数目.     

天鹅座X-1——1408年超新星遗迹

X射线源天鹅座X-1是可见星BD34°3815(即HD226868)的不可见伴星。因为它的质量超过中子星的上限以及它的X射线辐射的准周期性变化,很多人(例如[1-5])认为它是从可见星吸积物质而发出X射线的黑洞。这个天体作为黑洞的主要候选对象而引起了天文学家极大的兴趣。现在,我们从中国古代天象记录中发现它可能是一个历史超新星爆发的遗迹,从而增     

激变食变星Ⅲ.AC Cancri

AC Cnc是周期为7~h13~m的类新星食变星。由于AC Cnc是双谱食双星,而且具有较对称的食,所以在对激变食变星的系统研究中,我们选择了该双星来进行观测。本文利用拟合光变曲线的方法对AC Cnc进行了测光解分析、并得到轨道倾角i=74.5°±0.8°,白矮星质量M_1=0.74±0.07M_⊙,晚型星质量M_2=0.97±0.08M_⊙。AC Cnc中吸积盘的径向温度分布可以近似地表示为T(r)∝r~(-0.5),吸积盘边缘温度为7600K。晚型星向白矮星的质量转移率大约为7×10~(-9)M_⊙yr~(-1)。AC Cnc的距离近似地等于500±100pc。     

反常X射线脉冲星的研究进展

反常X射线脉冲星（Anomalous X-ra Pulsars，简称AXP）是一类特殊的X射线源。与X射线脉冲星（通常处于大质量X射线双星系统中）相比，它们具有以下特征：X射线谱较软、光度低页稳定（≈10^27－10^29J.s^-1）、自转周期集中在10s左右稳定增长、迄今没有找到它们的光学、红外、射电的对应体、有一些可能戌超新星遗迹成协等。由观测到的自转周期变化可以确定它们的自转能损不足以提供有X射线辐射。解释AXP能源机制的理论模型目前主要有两大类：在吸积模型中，AXP被认为具有正常磁场强度（≈10^8T）的中子量，物质吸积提供X射线辐射原能源，并造成中子星的自转变化；另一种观点认为AXP是具有超强磁场（≈10^10-10^11T）的中子量（即磁星），其辐射能源来自它们巨大的磁或残余的热能，观测到的自转周期及其变化被归因子中子星的磁偶极辐射和物质抛射。两种模型各有优缺点，但目前看来观测事实对磁星模型较为有利。为了进一步明确AXP的性质，提供解释它们能源机制的线索，在介绍AXP的基本观测特征和理论解释的基础上，还将AXP与射电脉冲星、特强磁场射电脉冲量、射电宁静脉冲星侯选体及软γ射线复现源分别进行了比较。     

外赋AGB星星风吸积的角动量守恒模型

用整个系统的角动量守恒条件代替切向动量守恒条件,推导出星风质量吸积及轨道参量变化方程．在新的轨道参量变化方程的基础上,计算了外赋AGB星系统的星风质量吸积及轨道参量的变化．将星风吸积模型同内禀AGB星核合成模型结合起来,通过逐次脉冲吸积质量和混合,自洽地计算外赋AGB星的重元素超丰,并给出计算结果与观测值的比较．对初始质量较大的Ba星（M2．0＝2．5M⊙）,当系统轨道周期大于1300天时,属于星风吸积,小于600天成为共同包层双星或灾变双星．对初始质量较小的Ba星（M2．0＝13M⊙）,当系统轨道周期大于1600天时,属于星风吸积,小于600天时成为灾变双星,由此可以解释Ba星的重元素超丰和轨道参量的观测事实,并有利于解释观测到的外赋S星轨道周期的600天下限．随着星风吸积过程的进行,轨道偏心率逐渐增大,这对解释Ba星轨道偏心率平均值大于外赋S星和CH星平均值的观测事实有利．     

双谱食双星室女座CG的测光和视向速度研究

用北京天文台兴隆60厘米镜于1977年取得此星960个黄光光电测光观测点,光变曲线呈大陵五型。1978年发表了Russell-Merrill测光解。1982年在美国用Wilson-Devinney程序算得10组测光解,解的残差对于质量比很不敏感。为了解决测光解的不定性,1985—86年用加拿大1.8米镜测得两子星视向速度曲线;得质量比为0.53±0.01。重新求测光解并结合分光解得F型主星和较冷伴星的质量各为1.43±0.05和0.76+0.02M_⊙。虽然是不接双星,但伴星只比其临界等位面稍小一点。这对双星像是不久前才由大陵五型半接双星演化而来的新阶段品种。     

另一类超新星

四十多年前,R.Minkowski就已经辨认出两种基本类型的超新星。两者的光谱、在最亮时的绝对星等以及光变曲线的形状均不同。第一类超新星“Ⅰ型”可以在密近双星中产生,在双星中一颗由碳或氧组成的白矮星吸积其伴星的物质,随着简并星的质量接近于1.4M_⊙的“Chandrasekhar极限”(超过此极限它就不稳定了),失控核反应在突变性爆发中结束,除了膨胀的碎云片之外,没有留下任何遗     

软γ射线重爆GB790107的辐射机制

本文在中子星吸积彗星云模型的基础上,认为软重爆GB790107起源于弱磁化(B～10~8G)中子星,其阵雨式地吸积彗星云将在中子星表面形成一光厚辐射区,该辐射区的温度分布由激波模型确定.这一辐射区中的高温等离子体产生的黑体辐射将很好地拟合GB790107的观测能谱,且获得爆源距离为(1.35～13.5)pc.     

磁星的观测特性和理论模型

磁星(magnetar)是一类有着极强磁场的致密天体,它们的外部磁场强度是典型中子星磁场强度的100～1 000倍。在过去几十年中,软γ射线复现源(SGR)和反常X射线脉冲星(AXP)被认为是最有可能的磁星候选者。磁星有着独特的能谱性质和光变特征,它的观测现象丰富多彩,其观测波段跨越了射电、红外、光学、X射线和γ射线等。近些年来,多种理论模型也相继被提出来,以解释其独特的性质。以正常脉冲星为例,介绍了磁星与通常中子星的不同性质,详述了磁星在多波段的能谱、光变及周期跃变现象等观测特性,总结了为解释磁星的特殊性质而建立起来的多种理论模型,并详述了中子星框架下的扭曲磁层模型。此外还介绍了其他候选模型。