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云南天文台双白矮星星族研究取得新进展

发布时间:2024-02-12学术交流
近期,云南天文台大样本恒星演化研究团组李振威博士与合作者,利用最新得到的物质交换稳定性判据,并结合双星星族演化模型,对银河系内双白矮星星族的物理性质进行了细致研究

近期,云南天文台大样本恒星演化研究团组李振威博士与合作者,利用最新得到的物质交换稳定性判据,并结合双星星族演化模型,对银河系内双白矮星星族的物理性质进行了细致研究。该研究成果于1月14日发表于《天文与天体物理》(Astronomy Astrophysics)杂志上。

白矮星是宇宙中一种古老的化石,对研究恒星演化及星系恒星形成历史具有重要意义。双白矮星是由两颗白矮星相互绕转组成的双星系统,在许多领域中扮演着重要角色。双白矮星的并合可以产生作为宇宙学标准烛光的Ia型超新星。一些密近双白矮星的轨道周期仅为几分钟,是未来空间引力波探测器的重要目标源。此外,双白矮星的形成对理解双星演化、潮汐效应、物质转移,以及公共包层演化具有重要作用。

双白矮星在形成过程中,至少要经历一次双星物质交流,而物质转移的稳定性直接决定了双星的最终演化产物。早期研究中,人们大多采用多方模型给出的双星物质转移稳定性判据。近年来,葛宏伟等人通过建立绝热物质损失模型(Ge模型),给出了恒星在不同演化状态下物质转移稳定性判据。相比于多方模型给出的结果,新的判据认为恒星在巨星支发生物质转移更趋向于动力学稳定。因此,当采纳新的物质转移稳定性判据后,双白矮星的性质将会发生根本性改变(见图1)。

基于最新的物质转移稳定性判据,科研人员成功构造了银河系内双白矮星星族。理论计算表明,Ge模型可以更好地重现观测双白矮星的并合率分布(见图2左)以及含有极低质量白矮星的双星并合率分布(见图2右)。此外,他们发现利用新的物质转移稳定性判据可以较好地解决早期理论模型中双白矮星空间密度与观测不符的矛盾。在此基础上,科研人员进一步研究了双白矮星并合对Ia型超新星的影响及双白矮星的引力波辐射性质,为相应观测提供了理论支撑。该结果证实物质转移稳定性对双白矮星星族的影响是决定性的。新的物质转移稳定性判据更好地支持观测约束。

该研究成果受到国家重点研究计划和国家自然科学基金等项目的资助。

 

论文链接

 

1双白矮星形成示意图。MS -- 主序星,AGB -- 渐近巨星支,WD -- 白矮星,CE -- 共有包层。

 

2双白矮星并合率分布。左图计算了所有双白矮星的并合率,右图仅计算含有极低质量白矮星(ELM WD)的双白矮星并合率。