YNAO OpenIR  > 双星与变星研究组
聚星和星团中相接双星的观测与研究
Alternative TitleObservation and study on contact binaries in multiple-star systems and star clusters
刘亮
Subtype博士
Thesis Advisor钱声帮
2011-05-27
Degree Grantor中国科学院研究生院(云南天文台)
Place of Conferral北京
Degree Discipline天体物理
Keyword相接双星 双星结构演化 双星黑子活动
Abstract大熊W型相接双星是两颗子星均充满并溢出各自洛希瓣、具有对流公共包层的一类强相互作用双星系统。正是由于相接双星中存在的各种各样相互作用,给它的理论模型带来许多可变参量,对理论研究提出了挑战。上世纪六、七十年代,经过激烈的争论,相接双星的对流公共包层模型得到公认;相接双星的热驰豫震荡(TRO)模型,相接不连续模型及角动量损失(AML)理论被相继提出。然而,在已经过去的近四十年的岁月里,像这种具有里程碑意义的理论研究似乎遇到了瓶颈。大量未知参量的共存,使相接双星的理论研究难以进一步开展。研究相接双星的聚星、星团环境,能为相接双星的形成和演化提供丰富的信息,因而是探索相接双星演化问题潜在的生长点。越来越多的观测证据表明,大量相接双星存在于聚星系统或者星团当中。作为母系统的聚星、星团为研究其中的相接双星提供了充分的演化信息。本文不仅针对这些重要天体系统中的相接双星进行了成员认证、测光观测、周期分析和基本物理参量求解等多项研究,同时还对对相接双星研究的现状做了简要的概述。主要成果如下: 1、通过周期分析,我们发现三个相接双星样本的轨道周期表现出周期性振荡,其振荡周期的范围从16.7年至46.5年不等。这三个相接双星样本是聚星系统的成员,它们分别是:V1128~Tau、GZ~And和VW~Boo。它们各自包含一颗目视伴星天体。细致的分析表明,该振荡很可能源于第三天体轨道运动所导致的光时轨道效应。在前两个样本中我们没有发现它们轨道周期变化的长期变化成分。而在最后一个样本VW~Boo中,不仅发现了其轨道周期的振荡,还发现了其轨道周期的长期减小,周期减小的速率为-1.454 x 10^{-7}$天/年。该长期变化可能是大质量星到小质量星的物质交流以及磁星风引起的角动量损失共同作用的结果。 2、通过周期分析,我们还发现另外四个相接双星样本的轨道周期也表现出周期性振荡。与前面提到的三个样本不同,它们没有目视伴星。它们是否为聚星系统成员有待进一步认证。这四个样本分别是:GSC~02393-00680、V396~Mon、FU~Dra、SS~Ari。与前面的三个样本类似,这种轨道周期振荡很可能源于M型矮星天体的轨道运动。除此之外,后三个样本的周期都具有长期变化:V396~Mon和SS~Ari的周期长期减小,而FU~Dra的周期长期增加。这种增加或减小在大熊W型相接双星中是普遍存在的。 3、通过周期分析,我们发现EQ~Cep、ER~Cep和V371~Cep轨道周期长期增加,并且ER~Cep的轨道周期包含一个周期为5.4年的周期性变化。这三个相接双星样本是年老疏散星团NGC~188的成员。通过求解这三个样本的基本物理参量,我们发现ER~Cep的总质量大约3倍于该星团主序转向点附近恒星的质量。结合它的周期变化,我们认为该系统至少是一个三星系统。还有弱证据表明,ER~Cep还存在一个周期为17.6年的小变幅周期性变化。如果该变化成立,那么ER~Cep可能是四星系统。在恒星密度较高的年老疏散星团NGC~188中存在这样的四星系统,这一点很好理解。如果ER~Cep真是四星系统,那么它将成为第一颗在星团中被发现的四星系统。另一个相接双星EQ~Cep轨道周期的长期增加的主导因素可能是从次星到主星的物质交流。如果这个假设成立,那么随着物质交流的进行,系统质量比将持续减小,它最终将演化成为蓝离散星。这个推论得到星团NGC~188中76%的蓝离散星当前位于双星系统中这一观测事实的支持。另一方面,我们通过研究V371~Cep的表面重力加速度以及它的轨道周期,发现组成它的两子星可能已经脱离主序向着巨星演化。这是第一个由两颗亚巨星阶段的恒星组成的相接双星样本。由于恒星在亚巨星阶段停留时间很短,因此这样的样本极为难得。它有可能向我们提供相接双星后期演化的全部图像。 4、通过对比研究多组光变曲线,我们发现中年疏散星团NGC~752中的相接双星QX~And有强烈的黑子活动,该黑子活动呈现2年左右的周期性。 5、通过解轨,我们发现球状星团M4的成员星V47是一颗极端质量比(q=0.123\pm0.002)、中度相接(f=32.5\pm7.3%)的相接双星,这是本文研究样本中质量比最小的一个。而球状星团M4的另一颗成员星V53则是一颗大质量比(q=1.230\pm0.004)、深度相接(f=79.7\pm1.9%)的相接双星,同时它也是一颗蓝离散星。它为研究双星到蓝离散星的并合过程提供了良好的样本。 6、通过解轨,我们发现球状星团47~Tuc中的V95是一颗极端质量比(q=0.17\pm0.01)、深度相接(f=80.5\pm3.0%)的相接双星。这是在球状星团中发现的第一颗极端质量比、深度相接的双星。它证实了此类特殊的相接双星系统在金属丰度较贫瘠的年老球状星团杜鹃47中是可以存在的。研究还发现V95表现出很强的黑子活动。在贫金属丰度环境中观测到与磁场活动相关联的恒星黑子,这一点难以理解。因为根据恒星理论,金属丰度的下降会导致恒星大气不透明度的下降,从而导致对流强度的下降。因此,以对流为主要诱因的黑子活动似乎不应该出现在这个贫金属的环境中。其深层原因值得探讨。 7、通过分析ASAS巡天数据,我们发现分离双星,近相接双星以及相接双星的空间分布有一定的规律性:分离双星向银道面聚集,近相接双星次之,而相接双星则几乎均匀分布。它可能暗示双星演化的方向------从分离到半接再到相接的演化进程。我们还发现当相接双星的周期小于某个值(如0.5天),其色指数随周期减小而减小;而当它的周期大于该值时,其色指数几乎保持常数不再变化。另外,通过分析100来颗相接双星的绝对物理参量,我们发现系统的能量似乎在相接双星的子星中进行了再分布,使得它们接近主序星的分布状况。
Other AbstractThe W UMa-type contact binary is a strongly interactional system whose components both fill their critical Roche lobe and shares a convective common envelope. The models of contact binary are challenged by the vast of uncertain parameters. In the 1960s and 1970s, the common convective envelope model was accepted after several heated disputes. And then, the thermal relaxation oscillation model (TRO), the discontinue model and the angular momentum loss model (AML) were born. However, in the consequence forty years, there is no markable result. The coexistence of many unknown parameters blocks the theory of the contact binary. Study on the contact binaries in multiple systems and star clusters, which could provide lots of information for the formation and evolution of contact binaries, should be a potential growing point for understanding of the contact binaries' evolution. More and more evidences show that many of contact binaries are located in multiple systems and star clusters. As a mother, these systems provide lots of evolution information about contact binaries. In the thesis, contact binaries in the advanced celestial systems were observed, analyzed and studied. Meanwhile, the observational and theoretical studies for contact binary are also summarized briefly. The results are obtained as follows:
Subject Area天文学
Pages174
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/5977
Collection双星与变星研究组
Recommended Citation
GB/T 7714
刘亮. 聚星和星团中相接双星的观测与研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院(云南天文台),2011.
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