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商丘师范学院学士学位毕业论文开题报告

（参考格式)

学生姓名

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所在院(系） 物理与电气信息学院 专业 物理学

论文题目：吸积致密星的演化

一、选题的科学依据（课题的意义及应用价值)

致密星（白矮星、中子星和黑洞)是恒星死亡后的产物。致密星通常具有极高的引力场、密度、

压强、磁场等特征，是研究在极端物理条件下物理规律的天然实验室。含有致密天体的密近双星是恒星世界中一种普遍存在的天体,有的可以提供可靠的物理参数和重要的恒星演化线索，有的可以通过两子星的相互作用为研究恒星大气结构、星周物质分布、星风和吸积过程、质量交流等提供良好的机会。

在观测上，致密星是宇宙中重要的高能辐射源，特别是在双星系统中，致密星通过吸积伴星的物质释放能量，产生高能（X、γ射线）辐射，是高能天体物理和恒星物理的重要研究对象，对于研究致密物质性质、恒星和双星演化、相对论效应以及高能辐射机制等有重要的科学意义。另一方面，致密星双星（如激变变星、X射线双星）是研究吸积和吸积盘理论的最佳天体。而作为天体物理中最为重要和普遍的物理过程之一，吸积涉及从恒星到星系几乎各层次的天体，因此对含有致密星的密近双星的演化及其吸积盘的研究具有更为广泛的应用前景.

二、文献综述（国内外研究概况及发展趋势)

在吸积白矮星领域，20世纪90年代ROSAT卫星在银河系和大、小麦哲伦云等近邻星系中发现了称为超软X射线源的一类特殊X射线源，Chandra和XMM—Newton卫星的观测进一步增加了这类

，

源的数目[12]。与正常的X射线双星相比，它们的X射线谱明显地偏软（有效温度约为几十电子伏特）.详细的分析表明超软X射线源很可能是包含大质量吸积白矮星的双星系统,超软X射线产生于

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白矮星表面稳定的热核燃烧3,4].由于Ia型超新星被认为是产生于质量达到昌德拉塞卡极限质量的白矮星的热核爆炸，超软X射线源的发现为探寻Ia型超新星的前身星开辟了新的前景[5,6]。但近年来Hubble望远镜高红移超新星观测表明Ia型超新星前身星的形成与超新星爆发之间存在20－40亿年的延迟时间，远长于目前理论预言的大质量白矮星双星的演化时间。因此建立一种自洽的从吸积白矮星到Ia型超新星的演化模型对恒星演化和宇宙学研究具有重要意义。

在吸积中子星领域，观测研究进展大体上可以分为两方面。在高质量X射线双星方面，大部分吸积中子星表现为X射线脉冲星。早期的观测表明X射线脉冲星表现出长期的自转加快或减慢现象,由此发展出关于中子星磁场与吸积盘相互作用的经典理论。但CGRO空间望远镜的观测发现这种长

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期变化实际上是由方向相反的短期自转变化叠加而成，基本上否定了传统的理论解释7.近年来的

［］

三维数值模拟工作也支持上述观点8。在低质量X射线双星方面，快速时变（毫秒脉冲、千赫兹准周期振荡)是RXTE望远镜首先发现的新现象.它们为毫秒射电脉冲星的再循环理论提供了直接的观测证据，同时也提出了新的课题,如准周期振荡的产生机制、振荡频率与X射线光度的复杂关系［

等9]。在理论研究方面的难题主要表现为高质量X射线双星的演化和低质量X射线双星的形成过程

［］

尚不明朗。特别是低质量X射线双星的光度值理论预言比实际观测结果低一、两个量级10，说明现有的双星演化理论依然存在重大缺陷。

参考文献:

[1］ 钱声帮。密近双星动力学过程和热力学过程耦合效应的观测证据与分析［J].云南天文台台刊，



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2001，15(01):120—126。

[2] 刘学富等。密近双星44i Boo的光变起伏及轨道周期的变化[J］。天文学报，1984，8（02）：

24—30.

[3] 潘开科，谭徽松，汪洵浩。密近双星自转的测量和研究[J］.天体物理学报，1994,08（03）：78—89.

［4] 刘林,黄珹.密近双星动力学的几个问题[J]。天文学进展，1984，07(04):45-50.

[5] Eggleton,P P。The evolution of low mass stars[J］.Mon Not R Astron Soc，1971,151:351—364. ［6］ Eggleton，P P.Composition changes during stellar evolution[J]。 Mon Not R Astron Soc，1972，156：361-376。

［7］ Chen，W C,，Li,X D。Evolution of black hole intermediate —mass X-ray binaries:the influence of a circumbinary disc［J].Mon Not R Astron Soc,2006,373：305-310.

［8] Verbunt，F，Zwaan，C.Magnetic braking in low—mass X—ray binaries［J］。Astron Astrophys，1981,100：L7-L9。 [9] Rappaport，S，Verbunt,F,Joss,P C.A new technique for calculations of binary stellar evolution，with application to magnetic braking[J］。Astrophys J，1983,275:713-731。

[10］ Kim，Y–C，Demarque，P.The theoretical calculation of the rossby number and the “nonlocal"

convective overturn time for pre-main- sequence and early post-main—sequence stars[J］。Astrophys J，1996,457:340—347。

三、主要内容和研究方法

本论文的研究分为两个方面。一是通过理论研究，计算在不同初始条件（如吸积致密星的类型和质量、伴星的质量和演化状态、初始的轨道周期和扁率等）下致密星双星演化的各种结果。结合多波段观测资料,从演化的角度分析它们与再循环脉冲星、Ia型超新星、X射线暂现源、极亮X射线源和其他高能天体之间的物理联系；估算它们的理论生成速率，并与相应的观测结果进行比较。二是通过分析部分特殊致密星双星（如具有相对论喷流且与超新星遗迹成协的SS433、处于特殊演化状态的2S0921—630、具有强磁场的低质量X射线双星4U1626-67、具有强磁场但无脉冲辐射的大质量X射线双星4U2206+54等）的观测特征，研究它们的形成和演化历史,推断致密星的物理性质，完善和发展双星演化理论.在研究致密星双星的演化时，重点考虑质量和角动量不守恒的物质传输（如大质量伴星自发产生球对称或轴对称星风，低质量伴星受高能辐照产生受激星风,吸积物质在致密星附近产生的抛射等)对双星演化的稳定性和演化路径的影响,特别是抛射物质形成星周环的过程对双星演化可能有重要影响，但长期未受到重视。研究的主要目标是提出一种合理的Ia型超新星前身星的形成机制，分析恒星量级和中等质量黑洞双星的可能观测差别，解释低质量X射线双星观测光度和理论预言值的差别等。

本项目将采取理论分析、数值计算和星族合成相结合的研究方法.把理论模型紧密地建立在观测资料的基础上,以做出既有理论深度、又能与观测直接比较的、有影响的工作。国际上对致密星双星已经进行了大量的研究，大部分资料已公开释放，可以通过国际互联网络得到。因此，在积极开展国际合作和交流的同时，立足国内对它们进行深入的分析和研究的理论基础和技术条件已经基本具备。

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