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食激变变星的测光分析

戴智斌  
【摘要】:激变变星(CVs)是一类相互作用的半相接型密近双星系统,由一颗充满洛希瓣的(K/G/M型)主序矮星或巨星和一颗演化后的白矮星组成。在物质从充满洛希瓣的矮星流向白矮星的过程中,物质流因带有强大的角动量围绕着白矮星运动而无法马上落入白矮星表面,并且彼此之间因粘滞摩擦逐渐消耗角动量而延展形成盘状。这样进入主星洛希瓣的物质流与盘相互碰撞形成了高温高光度的碰撞区域——亮斑。于是,白矮星、吸积盘、亮斑和红矮星就构成了激变变星的基本物理图像。除了偏振星(激变变星的一个磁亚型)以外,几乎所有激变变星的各种观测特征都来自于这个系统内部各成分之间的物理过程和相互作用。在近二十年的激变变星研究领域,轨道周期变化方面的研究工作被长期忽视,主要是由于早期的测光精度不够高,同时激变变星本身比较暗弱且存在大量不规则光变,因此人们在观测上不易获得有价值的数据和重要的研究结果。另一方面,在分光方面的研究也不尽如人意,这是因为激变变星是个含有多光源成分且彼此层次模糊的天体系统,这导致光谱的混叠、偏移和展宽都十分严重而无法获取准确的谱线信息和视向速度曲线。因此,目前要在激变变星领域完成有一定价值的科学研究,无论是测光还是分光都需要有高精度的数据。于是,本篇博士论文立足于国内观测仪器现状,从测光的角度对激变变星中带有掩食的目标进行轨道周期变化分析研究。首先,通过对带有掩食的激变变星进行大量的调研和统计工作,一个较完整的108颗食激变变星星表被获得。其次,以此为基础,对十颗具有代表性特征的食激变变星(新星DQ Her和T Aur,矮新星UGem、Z Cha和V2051 Oph,类新星AC Cnc、V363 Aur、RW Tri、SW Sex和UUAqr)进行了重点监测和分析研究。同时,为了更好的开展对激变变星的研究,本篇论文还对带有掩食的激变变星前身星进行详细的调研,并对其中一颗重要的激变变星前身星HW Vir的轨道周期变化和绝对参量进行系统的研究。从这十一颗样本星的分析和早期的统计研究工作中,我们取得了以下三个重要的研究成果: 1.通过对SW Sex和UU Aqr这两颗处于轨道周期空缺上边缘3h≤P≤4.5h的SW Sex型激变变星进行轨道周期变化分析研究,我们发现二者的轨道周期是长期增加的。再对处于该周期范围的非SW Sex型激变变星DQ Her和U Gem进行轨道周期变化分析研究也发现具有轨道周期的长期增加。虽然后两颗星的轨道周期增加也可以用其他并不成熟的物理机制(如:新星爆发和低倾角系统的热斑运动)来解释,但是它们还是被认为应该是和SW Sex类型的激变变星一样体现出系统内部的强化物质交流过程,而与中断磁滞演化理论要求的向轨道周期减小方向演化不符。这为后续的研究做了一个很好的铺垫工作。 2.我们对激变变星前身星HW Vir,处于3h≤P≤4.5h范围之外的类新星AC Cnc、V363 Aur和RW Tri,以及极短轨道周期的矮新星V2051 Oph这五颗几乎覆盖整个激变变星演化链的样本星进行详细的轨道周期变化研究,并发现这五颗星都无一例外的展示出轨道周期长期减小的趋势。另外,这五颗星都因质量比q≤1而必须要引入有效的轨道角动量损失机制,如:引力辐射或磁滞。这个轨道周期变化分析的结论似乎与中断磁滞演化理论一致,但是,很遗憾的是在对短周期样本星HW Vir和V2051 Oph进行详细的轨道角动量损失机制讨论时发现引力辐射能提供的损失作用远没有达到观测的轨道周期减小率。这意味着中断磁滞演化理论预言的极短轨道周期的激变变星应该仅由引力辐射来驱使演化可能是不正确的。考虑到引力辐射机制的解释失败,我们重新将磁滞机制应用在这些目标中发现磁滞能够对观测的轨道周期减小率给出一个很好的解释。至此,中断磁滞演化理论提出的磁滞必须在轨道周期达P~3h时因伴星转变为全对流而同时中断的假设是很难站住脚的。考虑到近年来其他有关全对流恒星的磁场及星风的研究工作和我们在3h≤P≤4.5h范围发现观测与理论不符的结论(第一点的研究工作),我们认为磁滞应该很自然的穿过轨道周期空缺而不会产生任何中断。从最新的轨道周期分布图中可以看出轨道周期空缺现象正在慢慢弱化,因此,如果轨道周期空缺确实消失的话,那么磁滞作用可以自然的通过这个禁区并且在激变变星演化晚期因伴星转变为低质量的棕矮星而最终消失。这也是对激变变星中最短轨道周期截止现象给出一个自然的解释。 3.在对这十一颗样本星进行轨道周期变化分析时,我们发现有九颗星的O-C图具有周期性振荡变化。于是,两个最有可能的机制——Applegate机制(磁活动)和光时效应被详细的讨论。由于磁活动机制在所有的九颗包含周期性振荡成分的样本星中都遭遇到严重的能量不足问题,因此,我们认为对于激变变星O-C图的周期性振荡来说光时效应可能会是更好的一个解释。以此为基础,大量的棕矮星甚至大质量地外行星在激变变星环境中被发现。考虑到激变变星都是低质量双星系统,我们可以预测未来的激变变星轨道周期变化分析工作应该会找到更多类似棕矮星等的暗弱天体。


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