双星系统中行星的形成及动力学

自1995年在类太阳恒星周围发现第1颗太阳系外行星(简称系外行星)以来,到目前为止发现的系外行星数目已达500多个.恒星一般诞生在双星系统中,因此在双星系统中发现行星是很自然的.目前的观测统计显示,双星系统中具有行星的恒星比例大概为17％.显然这个比例应该看成一个下限,因为很强的观测选择效应使很多行星观测计划避开了双星系统.目前发现的有行星的双星系统大都为S型,即一颗伴星围绕着里面的恒星-行星系统公转.一般S型的双星轨道间距在100 AU以上,不过目前也发现了4个S型双星轨道间距在20 AU左右.这些系统包括Gamma Cephei、GJ 86、HD41004和HD 196885.除了以上介绍的S型双星,还有一类叫P型,即行星围绕两个恒星公转.P型的双星到目前为止只发现并确认了两例.本论文将主要研究S型双星系统中的行星形成. 在第1章,我们首先概括了到目前为止有关单星和双星系统中行星的观测特征.然后,我们系统地介绍了有关行星形成的理论模型,特别是这些理论模型应用到双星系统中时需要考虑的情况变化.双星系统中,由于伴星的引力扰动,行星形成与之在单星系统中相比变得更加复杂.伴星的引力可以激发起星子的轨道,从而使得它们的碰撞速度增大到大于星子的表面逃逸速度,甚至大于使星子碎裂的极限速度.行星形成的中间(第2)阶段—从星子到行星胚胎,因此变得问题重重和扑朔迷离.我们接下来的内容将主要集中在这个问题很多的中间阶段,看星子能否以及如何顺利通过这个阶段.     

双极行星状星云形成的Monte—Carlo分析

在行星状星云形成过程中双星起着非常重要的作用,本文采用Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ方法,研究了双星演化过程在行星状星云形成中的作用,研究了不同的双星质量比分布、恒星初始－终止质量关系,星族参数、公共包层的理论模型等对结果的影响。     

宇宙信息

双星系统也许不适宜生命形成 根据美国宇航局斯皮策空间望远镜的观测数据,一项最新的研究显示紧密的双星系统也许并不是生命形成的最佳场所。“斯皮策”在三个密近绕转的双星系统周围发现了惊人的大量尘埃,天文学家认为它们可能是行星间剧烈碰撞的产物。     

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。     

稳定物质转移通道形成的极小质量白矮星

极小质量白矮星双星对于双星演化、公共包层、AM CVn双星、星震学研究都十分重要。考虑到它们的周期比较短,它们还是重要的引力波源,然而它们的形成和演化仍然不清楚。通过利用最新的一种磁滞模型,建立了极小质量白矮星双星的形成和演化模型。研究给出它们形成的初始参数空间,并发现通过稳定物质转移形成的极小质量白矮星的质量范围为(0.11～0.21) M_⊙。此外,研究发现部分极小质量白矮星双星能在宇宙年龄内演化成为AM CVn双星,这些极小质量白矮星的质量范围为0.14～0.16 M_⊙。研究还发现它们的引力波信号能被LISA、天琴、太极探测器探测到。最后还讨论了不同的物质积累效率对于同一双星系统演化结果的影响,发现它除了明显影响主星最终质量外,对于伴星和双星演化过程并无太大影响。     

弧分和弧秒──易误解的单位

弧分和弧秒──易误解的单位广东读者蔡明问，在天文学中“弧秒”是不是“弧度”的六六？天文学中常以“角分”和“角秒”为单位来表示微小角度的大小。例如，太阳和月亮的角直径常用“角分”表示；恒星和行星的角直径、双星系统中两子星的角距离、天体引力产生的光线的偏...     

行星形成数值模拟的研究现状与未来需求Ⅱ:行星迁移、核吸积以及大气逃逸

介绍了行星形成涉及到的几个重要阶段,如行星迁移、核吸积和大气逃逸的基本物理过程和数值模拟研究现状。行星迁移会影响行星的轨道偏心率和倾角,并改变原行星盘的结构;核吸积是决定行星演化为类地行星或者类木行星的关键因素;大气逃逸对行星的气候和演化产生重要影响。这些过程均涉及到复杂的辐射磁流体动力学过程,早期的理论研究往往采用很多人为的简化假设。随着超级计算机计算能力的提高和磁流体数值模拟算法的日渐成熟,人们已经可以对这类复杂的非线性动力学问题开展直接的数值模拟研究,克服了早期理论研究中人为假设的局限。但是,目前人们开展的研究主要基于磁流体动力学数值模拟,对辐射转移如何影响磁流体动力学过程的研究还比较欠缺。强调了进行辐射磁流体动力学数值模拟的必要性和紧迫性。针对辐射磁流体数值模拟程序的开发,从辐射转移,磁场的处理,吸积盘的自引力、三维效应、非理想效应和尘埃的效应等方面提出了相应的技术需求。介绍了本研究领域内发展辐射磁流体数值模拟的策略。     

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…     

行星环动力学

行星环动力学的研究对揭示太阳系，星系的形成和演化有重要的意义，旅行者２号的行星际探测，极大地丰富的我们对行星环的认识，给行星环动力学的研究带来了活力，文中综合在行星轴对称势，环自引力势，环粒子磁撞，卫星摄动等因素影响了行星环的研究方法法及研究进展。     

现代天文学中的双星

我们的太阳系由一颗恒星、八颗行星以及各种小天体组成。不过,太阳附近的大多数恒星却是双星系统。如果它们有行星,那么,从那些行星上看来,天上将会有两个“太阳”。甚至还有的是三合星、四合星、五合星,乃至更多恒星组成的系统。观测表明,太阳附近超过三分之二的恒星处在双星或多星系统当中,     

简并双星的形成途径及其Monte—Carlo分析

本系统地研究了简并双星的形成,提出了简并双星形成的三种形成途径;稳定的洛希瓣物质交流－公共包层途径,公共包层－公共包层途径,核暴露－公共包层途径,并对简并双星的形成进行了Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ模拟,探讨了模型参量（潮汐星风增强系数,稳定的洛希瓣物质交流过程中物质转移效率,双星初始质量比分布,公共包层抛射效率）对结果的影响,本模型成功地解释了简并双星的形成,解释了简并双星的质量分布,质量比分布和周     

系外行星系统掩星周期变化研究进展

在掩星法发现的系外行星系统中,如果存在其他未知的伴星绕同一颗恒星运动,掩星行星由于受到伴星引力的影响,运动轨道将发生变化,轨道周期不再是常数,而是变化的。利用这种变化探测掩星系统中的其他行星,已成为一种新的方法。主要介绍了未知行星与掩星行星之间的引力作用引起的掩星周期变化效应,以及掩星周期变化法探测系外行星的理论和研究进展状况,最后简要讨论了几种影响掩星周期变化的其他因素:共轨行星、卫星、潮汐效应、相对论效应及恒星的引力四极矩等。     

热海王星系统HD 106315的近$2:1$ 平运动共振捕获与轨道演化

通过结合理论分析和数值模拟方法,可以对热海王星系统HD 106315轨道迁移中的近2:1平运动共振捕获机制以及潮汐作用下的演化过程进行研究.在轨道迁移阶段,初始轨道半长径、初始偏心率以及行星c的偏心率衰减系数K会对系统轨道构型产生影响.数值模拟结果显示当初始轨道半长径分别为ab～0.4 au、ac～0.8 au,偏心率eb和ec均小于0.03时, HD 106315b和HD 106315c在中央恒星的引力作用以及原行星盘粘滞作用下向内迁移, 65000 yr左右两颗行星均可迁移至当前观测位置附近并形成近2:1平运动共振捕获.此外,中央恒星的潮汐效应也可能会对行星系统共振构型产生影响,理论分析表明当行星潮汐耗散系数Q=100时,潮汐效应造成的轨道半长径衰减使系统轨道周期比发生的变化可能是系统脱离共振构型的原因.数值模拟结果显示, HD 106315系统内两颗行星Q103时,来自中央恒星的潮汐效应并不会使行星系统产生明显的偏心率和轨道半长径衰减,不足以使HD 106315行星系统在剩余寿命内脱离2:1平运动共振轨道构型.     

天文学家发现最老的太阳系外行星

经过10年的研究,天文学家7月宣布发现了最老或许最特殊的外星行星,球状星团里围绕一颗超密白矮星和一颗脉冲星运行的气体巨行星。 这颗行星的年龄估计已经有130亿年了,并且是围绕一个由白矮星和脉冲星组成的双星系统运行的,这个称为B1620的双星系统位于距地球5600光年的球状星团M4里。行星的质量是木星的2.5倍,它在天王星到太阳的同样距离上绕白矮星和脉冲星运行。该     

提丢斯-波得定则的说明

行星和规则卫星离中心体的距离同它们的质量有关,相邻两个行星区(或规则卫星区)的边界和两个行星(卫星)的质量比有关,适当选取这个边界后,发现行星(卫星)区宽度Δr 几乎和行星(卫星)的引力范围的直径2x=2(m/3M)~(1/3)r 成正比;离中心体愈远,比率Δr/2x 愈小.这个计算结果表明,行星和规则卫星是通过同样的机制形成的,它们都是由星子集聚形成的,而不是由很大的原行星、原卫星转变过来的.     

引力波与引力波源

引力波爆发事件GW150914的发现,标志着引力波天文学时代的到来,它为人类打开了全新的窗口来研究强引力场、极致密天体、极高能过程、极早期宇宙等极端物理过程和现象。介绍广义相对论中引力波的基本性质、观测效应以及主要的产生机制。并着重介绍宇宙中的几类比较重要的引力波源的主要性质、探测方法,以及探测现状和未来展望。具体包括:旋转的中子星、稳定的双星系统等连续的引力波源,超新星爆发、双星并合等爆发式的引力波源,以及天体物理过程和宇宙暴胀产生的随机引力波背景。     

太阳系中太阳和行星的引力磁与Lense-Thirring效应

简述基本物理中引力试验的概况,特别是检测试验粒子绕中央旋转天体引起LenseThirring(LT)效应的研究进展。给出自旋质点在旋转体引力电磁(Gravitoelectromagnetism,GEM)中运动的Schiff公式。描述了检测地球LT效应的各种方法:激光测卫、GP-B、激光测月和环形激光陀螺,特别叙述了环形激光陀螺仪在地球科学上的应用,如地震、潮汐、地球自转、极移的检测,并给出了正在进行和未来更高精度测定LT效应的LARES、OPTIS等计划。叙述了检验火星LT效应的情况,包括用MGS测距资料、火星自然卫星Phobos和Deimos观测资料,以及今后发射绕火星探测器的建议。也谈及用太阳系行星(水星、金星、火星)测定太阳LT效应和未来采用国际空间站进行相对论检验的LATOR计划。最后,简述在脉冲双星、X射线双星和银心Sgr A*附近红外S系统恒星中引力场的广义相对论效应,以及我国开展该项工作的情况和提出的建议。     

飞马座51b──太阳系以外的一颗行星

飞马座５１ｂ──太阳系以外的一颗行星十多年来，国际天文界有几个小组，一直用探索分光双星的技术，测量一些恒星的视向速度，以冀从中推断是否存在有大质量行星。例如，若视太阳与质量为其千分之一的木星为双星系统，两者绕它们的公共质心运行，木星的轨道速度为每秒１...     

目视双星的观测

目前,许多大中学校建立了天文台,很多天文爱好者也都购买了望远镜,怎样才能开展经常性的天文观测活动呢?我向大家推荐目视双星的观测,这是一种简单易行而且对提高观测技能又卓有成效的观测活动。双星可分为两类,一类是指彼此之间有着物理联系的恒星系统,称为物理双星。如果两颗星看起来在天空中靠得很近,但它们之间没有相互的引力作用,则将它们称为几何双星,本文不讨论几何双星。双星系统中,两颗成员星都称为双星的子星,较亮的那颗叫主星,较暗的叫伴星。通过双星的研究不仅可以直接测定恒星质量,还可为我们提供双星轨道要素和恒星大小等重要信息。     

引力坍缩能形成环星系吗？

大部分环星系是由星系相互作用，引力响应的演化形成，但是，这并不是形成环星系的唯一方式，孤立星系的引力坍缩也可能形成环星系，本进行引力坍缩的数值模拟试验，计算结果也显示出较好的环形结构。