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中等质量 X 射线双星的演化

中等质量 X 射线双星的演化. 徐 晓杰 南京大学 天文系 指导教师 李向东. X 射线双星（ XRBs ） 低质量 X 射线双星 ： LMXBs 高质量 X 射线双星 ： HMXBs LMXBs 和 HMXBs 在物质传输方式上的区别 中等质量 X 射线双星 ： IMXBs 传统上 IMXBs 并不受重视的原因. 背景工作 1. 近来的工作发现：在伴星质量小于 4.0 太阳质量的 IMXBs 系统中，可能存在稳定的以热时标传输物质的过程 （ Cyg-X2 ） 传统的质量传输速率估算公式并不能让人满意

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中等质量 X 射线双星的演化

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Presentation Transcript

  1. 中等质量X射线双星的演化 徐晓杰 南京大学 天文系 指导教师 李向东

  2. X射线双星（XRBs） 低质量X射线双星 ：LMXBs 高质量X射线双星 ：HMXBs LMXBs 和HMXBs在物质传输方式上的区别 中等质量X射线双星 ：IMXBs 传统上IMXBs并不受重视的原因 背景工作1

  3. 近来的工作发现：在伴星质量小于4.0太阳质量的IMXBs系统中，可能存在稳定的以热时标传输物质的过程 （Cyg-X2） 传统的质量传输速率估算公式并不能让人满意 Langer et al. 2000; King et al. 2001, Podsiadlowski et al. 2001 背景工作2

  4. 对一系列的IMXBs系统演化进行计算 ，得到物质传输速率的拟和公式 对不同的初始条件下的系统的演化过程，最终产物和物理意义进行探讨 本文的目的

  5. 经过改进的Eggleton双星演化程序 包含了一颗质量M1=1.4Msun的中子星一颗质量为M2的伴星。 伴星的金属丰度Z=0.02 双星计算方法1

  6. 双星计算方法2 1.伴星的洛希瓣有效半径 2.伴星通过洛希瓣损失质量

  7. 双星计算方法3 • 星风损失质量

  8. 双星计算方法3 • 角动量的损失 • 物质逃逸 • 引力波辐射 （GWR） • 磁滞动 (MB) :不考虑

  9. 双星计算方法4 • 中子星吸积物质 • 质量传输速率的震荡现象 及平滑

  10. 质量传输过程的选择

  11. casea1到caseb2的系统从伴星质量在1.6—3.6Msun之间存在稳定的热时标物质交流 大于4.0Msun的伴星与中子星组成的系统以及所有caseb3以后的系统的物质交流都是不稳定的 计算结果1

  12. 计算结果2（例1）

  13. 计算结果3（例1）

  14. 计算结果4（例2）

  15. 计算结果5（例2）

  16. 热时标传输的理论分析 • 质量半径指数（Mass—Radius Exponents）

  17. 热时标传输的理论分析2 物质传输以动力学时标进行 物质传输以热时标进行

  18. 热时标传输物质速率1 • 原有的估计（Rappaport 等）其中Kelvin-Helmhotz时标 • 意义

  19. 热时标传输物质速率2 • 本文的判据： Eddington吸积极限 • 热时标平均质量传输速率计算公式

  20. 热时标传输物质速率3

  21. 热时标传输物质速率4

  22. 热时标传输物质速率5

  23. 热时标传输物质速率6

  24. 同一种case，不同质量的伴星系统的平均质量传输速率随着伴星质量的增大而单调上升 同一伴星质量，不同case的系统，从casea1-caseb2，平均质量损失速率也是上升的 热时标传输物质速率7

  25. 拟和曲线和公式1

  26. 拟和曲线和公式2

  27. 拟和曲线和公式3

  28. 拟和曲线和公式4

  29. 拟和曲线和公式5

  30. 拟和曲线和公式6 • 拟合公式：

  31. 单星系统（或者TZO星） 密近轨道双星系统 中子星+白矮星的非密近双星系统（He 白矮星，C白矮星，ONe白矮星 ） 最终产物

  32. 伴星质量处于1.6-4.0Msun之间的IMXB系统，会出现稳定的超Eddington热时标物质传输过程伴星质量处于1.6-4.0Msun之间的IMXB系统，会出现稳定的超Eddington热时标物质传输过程 平均质量传输速率的拟合公式 最终产物随不同的伴星质量和初始轨道周期而不同 结论

  33. 中子星通过吸积物质塌缩成黑洞的可能性 在IMXB系统中，通过稳定的热时标物质传输以及核演化驱动的传输过程使得中子星质量增加到足以塌缩成大于3.0个太阳质量的黑洞是基本不可能的 不排除中子星通过吸积物质塌缩成为质量在2.0个太阳质量黑洞的可能性 讨论1

  34. 物质传输状态的特殊例子 在casea1的质量传输过程中也存在不稳定性 伴星初始质量为1.8的系统在caseb2的物质传输过程 （见下页图） 讨论2

  35. 讨论3

  36. MB和X射线照射（Irradiation）的问题 质量大于1.5Msun的恒星也可能存在MB？ Irradiation可能对伴星的物理状态有严重的影响并加快质量传输的过程 但目前为止还没有一个可靠的模型 伴星的金属丰度会极大地影响质量传输速率吗？（Langer） 讨论4

  37. Eggleton, 1971, MNRAS, 151, 351 Iben, Tutukov, Yungelson, 1995, APJS, 100, 217 Iben, Tutukov, Yungelson, 1995, APJS, 100, 233 Langer, Deuschmann, Wellstein, Hofllich, 2000, A&A, 362, 1046 LEwin, Jan van Paradijs & van den Heuvel, 1995, X-ray Binaries, Cambridge University Press Nieuwenhuijzen, de Jager, 1990, A&A, 231, 134 Pfahl, Rappaport, Podsiadlowski, 2003, preprint (astro-ph/0303300) 参考资料

  38. Podsiadlowski, Rappaport, Pfahl, 2001, preprint (astro-ph/0107261) Podsiadlowski, Rappaport, Pfahl, 2001, preprint (astro-ph/0109386) Podsiadlowski, Pfahl, Rappaport, 2004, preprint (astro-ph/0402024) Pylyser, & Savonije, 1988, A&A, 191, 57 Willems, Kolb, 2002, MNRAS, 337, 1004 X. D. Li, 2002, APJ, 564, 930 参考资料

  39. 感谢 李向东老师 左兆宇，陈文聪师兄 谢基伟，汪翊鹏同学

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