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云南天文台在极致密X射线双星领域取得重要进展
2021-09-17  |  作者:  |  【  】 【打印】 【关闭

  近日中国科学院云南天文台研究员王博等人在极致密X射线双星领域取得重要进展提出了形成极致密X射线双星中子星+氦星模型,解释了长轨道周期极致密X射线双星的形成,并为观测上区分这类天体的起源通道提供了一种方法。这一成果“Ultracompact X-ray binaries with He star companions”发表在20219月出版的《英国皇家天文学会月刊(MNRAS)》上。在论文的评审过程中,MNRAS审稿人给予了高度评价:"This work is the first study of this channel… the results will improve our understanding of these important systems... it will make a highly valuable contribution to the field…" 

  极致密X射线双星Ultracompact X-ray binaries是一类低质量X射线双星,两颗子星的轨道距离非常近,其轨道周期小于1小时。在该系统中,一颗致密天体(通常为一颗中子星)通过洛希瓣从其贫氢伴星吸积物质,在物质的吸积过程中释放引力能产生X射线辐射(见图1)。 

  极致密X射线双星是研究双星演化中一些极端物理过程的重要天体,并且对多信使天文学研究具有重要意义。这类天体既可以产生X射线等电磁辐射,同时也是银河系中重要的低频引力波源由于能够产生持续的引力波辐射,极致密X射线双星有望成为LISA太极、天琴等空间引力波探测器的第一批目标。作为双星演化晚期的重要阶段,极致密X射线双星可以产生毫秒脉冲双星,并且可以提供双星演化过程中一些重要信息,比如:致密天体吸积过程、角动量损失机制以及公共包层抛射效率等。此外,极致密X射线双星中的致密天体可以作为研究大质量恒星演化的探针,同时也是检验极端强引力条件下广义相对论的理想实验室。 

  由于双星轨道距离近,极致密X射线双星的伴星通常被认为是一颗白矮星。但是,该模型很难解释观测上的一些长轨道周期的极致密X射线双星。为此,王博等人提出了中子星+氦星模型在该模型中,由于双星轨道距离近,引力波辐射强,由引力波辐射提取双星轨道角动量使双星距离拉近,从而使氦星充满洛希瓣,进行物质交流。该模型解释了长轨道周期极致密X射线双星如何形成的难题,并为观测上区分这类天体的起源通道提供了一种方法,即在质量转移率与轨道周期平面上来区别不同形成通道(见图2。基于中子星+氦星模型,王博等人还给出极致密X射线双星的一些统计特征,比如能够被LISA等空间引力波探测器探测到的数目、引力波信号等(见图3,在我们银河系内约有126极致密X射线双星能够被LISA探测到 

  中子星+氦星模型产生的极致密X射线双星将演化为毫秒脉冲双星,若存在掩食现象则为伴星质量较小的一类黑寡妇星(Black Widows最终将形成孤立毫秒脉冲星。近年来,随着大型射电望远镜(比如中国天眼FAST等)的投入和使用,在观测上发现了越来越多伴星质量较小的黑寡妇星,这些毫秒脉冲双星的发现是对中子星+氦星模型的支持。 

  该成果受到了国家自然科学基金创新群体项目“恒星物理”、中国空间望远镜CSST项目“恒星后期演化”以及中国科学院前沿科学重点研究计划(拔尖青年科学家类)的大力支持。 

  论文链接

图1. 极致密X射线双星示意图(图片来源:https://www.nasa.gov/

图2. 极致密X射线双星质量转移率与轨道周期平面图

图3. 由中子星+氦星模型形成的极致密X射线双星的引力波信号,其中箭头的方向表示的是极致密X射线双星的演化轨迹

 

 

 
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