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相接双星的物理过程研究

宋汉峰  
【摘要】:在众多的恒星中,双星占据一半以上。在双星中有一类特殊的双星称为相接双星,他们的特点是两颗子星都充满洛希瓣,双星间可以发生双向的物质和能量交换,并形成公共包层。现今已知的许多激变双星,如新星、X-射线双星、I_a型超新星等等都是由相接双星演化而成。 对于相接双星的结构和演化研究,极重要的问题是深入了解和掌握相接双星中的各种复杂物理过程,它对于构造正确的相接双星的演化性质和结局有重大意义。本文在分析了相接双星中的各种物理过程和现有的演化模型的基础上,深入研究了相接双星中的一系列基本问题。这些问题包括产生相接双星的条件、物质交换过程和能量交换过程的关系、相接双星中达到平衡和停止物质和能量交换的条件,外拉格朗日点的质量损失和角动量损失的计算、转动和潮汐效应对双星结构和演化的影响以及理论光变曲线变化性质等等。它们是研究和计算相接双星中各种物理过程的理论基础。我们提出用主、次星表面的平均有效势能大于内拉格朗日点的势能作为产生相接双星的条件,主、次星表面的平均势能不等作为发生物质交换的条件。由于这些条件都考虑子星自身引力,伴星潮汐力和转动离心力的影响,比原先采用的条件更严格更合理。另外,我们认为物质交换过程和能量交换过程是紧密联系在一起的,物质由一颗子星流到另一颗子星的同时,也携带了相应的能量转移到另一子星上。由于主、次星之间交换质量和能量以及主、次星本身的演化,使次星的势能有可能大于外拉格朗日点L_2的势能,从而出现从外拉格朗日点损失物质和角动量,这种新的物质损失形式带走了系统的角动量,对双星的轨道参量及双星结构和演化影响也将是非常显著的。我们还给出了计算外拉格朗日的物质损失和角动量损失以及双星系统轨道参量变化的公式。此外,转动和潮汐效应使子星结构偏离球对称,从而改变了子星的内部结构,物质交换条件以及使子星内部出现了新的物质运动形式-子午环流,由于子午环流作用,子星内部出现了化学元素和角动量转移。这些都表明研究转动和潮汐效应对双星结构和演化的影响有非常重要的意义。 我们根据以上研究中提出的基本原理,编制了相接双星演化的程序。选择了一个由12M_⊙和5M_⊙组成的大质量双星系统作为研究对象,详细比较了有与没有考虑这些物理过程对双星结构和演化的影响。结果证明,这些物理过程对于子星


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