YNAO OpenIR  > 大样本恒星演化研究组
吸积白矮星星族合成研究
其他题名population synthesis of accreting white dwarfs
陈海亮
学位类型博士
导师韩占文
2016-07-01
学位授予单位中国科学院大学
学位授予地点北京
培养单位中国科学院云南天文台
学位专业天体物理
关键词双星:密近双星 –恒星:演化 超新星 白矮星 新星 –星系:紫外 X 射线
摘要吸积白矮星是双星演化和吸积物理中重要的研究对象。在不同条件下,它们可能是双白矮星、Ia 型超新星、毫秒脉冲双星的前身星。它们的辐射是椭圆星系中软 X射线辐射的重要来源之一。它们的辐射可能影响椭圆星系中气体的发射线。此外,它们的一些演化产物(例如,Ia 型超新星、新星)会对星系的化学演化有重要的贡献。然而,吸积白矮星的 X 射线辐射对椭圆星系的 X 射线辐射的贡献是不清楚的。它们的辐射对椭圆星系的发射线的影响也是不清楚的。此外,不同类型星系中,新星星族的一些统计性质也是不清楚的。 在本论文中,我们主要是利用 BSE和 MESA程序构建一个‘混合’型的星族合成程序。利用该程序,我们研究了吸积白矮星的软 X 射线(0.3-0.7 keV)和 UV 辐射。通过辐射转移模拟,我们研究了它们的辐射对椭圆星系的发射线的影响,特别是 HeII 4686?。此外,我们模拟了拥有不同恒星形成历史的星系中新星星族的形成和演化。特别的,我们模拟了 M31 星系中新星星族的演化。为了检验我们的结果,我们将理论结果和已知的一些观测进行对比。我们的主要结论如下: 1)我们发现在 10 Gyr,一个 10 11 M⊙质量的类椭圆星系中拥有的快速吸积白矮星的数目大约是 160 ? 180,同等质量的类漩涡星系中拥有的快速吸积白矮星的数目为 2250 ? 2500。此外,我们发现在类椭圆星系中稳定燃烧白矮星的数目大约为750 ? 1900,而在类漩涡星系中的数目大约为 4550 ? 6550。在一个 10 11 M⊙质量的类椭圆星系中,假设氢的柱密度 NH = 3.0 × 10 20 cm? 2 ,10 Gyr 时刻,超软 X 射线源(X 射线(0.3-0.7keV)光度 Lx > 10 36 erg s?1 的稳定燃烧白矮星)的数目为 10 ? 20。在一个 10 11 M⊙质量的类漩涡星系中,假设氢的柱密度 NH = 3.0 × 10 21 cm? 2 ,10 Gyr时刻,超软 X 射线源的数目为 40 ? 130。2)在我们的标准模型中,我们得到的年老星族的软 X 射线光度和 Chandra 对iii近邻的椭圆星系的观测结果是一致的。类似的,对于年龄在 10 Gyr 左右的星族,我们得到的 He II 4686?/Hβ 的结果和 SDSS 的椭圆星系的观测数据是一致的。但是,对于年龄在 4 ? 8 Gyr 的星族,我们得到的软 X 射线光度和 He II 4686?/Hβ 的结果要比观测值大。利用常数的临界质量比判据(qc = 1.70 或 1.90)代替 Hjellming &Webbink (1987) 动力学稳定性判据,我们可以使得在新的模型中,软 X 射线光度以及 He II 4686?/Hβ 的比值变小,并和 Chandra 和 SDSS 的观测结果一致。3)在 10 Gyr 时刻,类椭圆星系中新星诞生率为 (1 ? 2) × 10? 10 M⊙?1 yr?1 ;但是在类漩涡星系中,10 Gyr 时刻新星诞生率为 (10 ? 20) × 10? 10 M⊙?1 yr?1。4)10 Gyr 时刻,在类椭圆星系中新星主要是由小质量的白矮星占主导,而在类漩涡星系中,新星主要是由大质量的白矮星占主导。10 Gyr 时刻,在类椭圆星系中,大多数的新星拥有较长的物质损失时间,相对较长的再发周期,相对较暗;在类漩涡星系总,大多数的新星拥有较短的物质损失时间,相对较短的再发周期,相对较亮。5)考虑到观测和我们理论模型的不确定性,我们类 M31 星系中的新星诞生率,物质损失时间分布和观测给出的结果是一致的。我们发现观测样本中物质损失时间tml < 10 和 tml > 300 天的新星可能是不完整的。通过本工作,我们部分解释了椭圆星系中软 X 射线的起源,定量的给出吸积白矮星的辐射对椭圆星系的光学发射线的影响。此外,我们很好的解释了不同类型星系中新星星族的性质。
其他摘要Accreting white dwarfs (WDs) are important for the study of binary evolution andaccretion physics. Under di?erent conditions, they are the progenitors of componentsof double WDs, Type Ia supernovae (SNe Ia) and binary millisecond pulsars. Theemission of accreting WDs is an important component of the unresolved soft X-rayemission of elliptical galaxies. Their emission may signi?cantly in?uence the opticalline emission from warm interstellar medium. Additionally, some outcomes of theirevolution (such as SNe Ia, novae) are also of great importance for galactic chemicalevolution. However, the contribution of X-ray emission of accreting WDs to the totalX-ray emission of elliptical galaxy is still unclear. The in?uence of their emission on theline emission from warm interstellar medium is also unclear. In addition, the propertiesof nova population in galaxies of different Hubble types are far from clear.In this thesis, we use a hybrid binary population synthesis approach with bse andmesa to study the population of accreting WDs. With this approach, we study thesoft X-ray and UV emission of accreting WDs and their in?uence on the line emissionof elliptical galaxies, particularly He II 4686?. In addition, we have produced modelpopulations of novae for galaxies with different star formation histories. In particular,we have modelled the nova population in M31 galaxies. In order to check our theoreticalvresults, we have compare these results with the available observational data. Our mainresults are summarized as follows. 1) We ?nd that the number of rapidly accreting WDs at 10 Gyr is 160 ? 180 foran elliptical-like galaxy of 10 11 M⊙ and 2250 ? 2500 for a spiral-like galaxy with thesame mass. Additionally, we ?nd that the number of SNBWD at 10 Gyr is 750 ? 1900in an elliptical-like galaxy and 4550 ? 6550 in a spiral-like galaxy with 10 11 M⊙. Inan elliptical-like galaxy of 10 11 M⊙, assuming NH = 3.0 × 10 20 cm? 2 , the number ofsupersoft X-ray source (SNBWDs with Lx > 10 36 erg s?1 , SSSs) at 10 Gyr is 10 ? 20. Inan spiral-like galaxy of 10 11 M⊙, assuming NH = 3.0 × 10 21 cm? 2 , the number of SSSsat 10 Gyr is 40 ? 130.2) In our standard model, using commonly (although not universally) adoptedassumptions, our predictions for the soft X-ray luminosity of old stellar populationsare consistent with Chandra observations of several nearby elliptical galaxies. Likewise,for stellar ages of ~ 10 Gyr, the He II 4686?/Hβ line ratio from warm ISM predictedby our model is consistent with that measured in the stacked SDSS spectra of retiredgalaxies. However, for stellar ages of ~4–8 Gyr our model signi?cantly overpredicts thesoft X-ray luminosity and the He II 4686?/Hβ line ratio. Replacement of Hjellming &Webbink (1987) criterion by ?xed critical mass ratios (qc = 1.7 or 1.9), brings the softX-ray luminosity and line ratio He II 4686?/Hβ in the new models to consistency withthe observations.3) The mass-speci?c nova rate for elliptical-like galaxies at 10 Gyr in our calcula-tion is ~ (1 ? 2) × 10? 10 M⊙? 1 yr? 1 . However, the mass-speci?c nova rate for spiral-likegalaxies at 10 Gyr is ~ (20 ? 40) × 10? 10 M⊙? 1 yr? 1 .4) The current nova population is dominated by novae with low mass WDsin elliptical-like galaxies and by novae with massive WDs in spiral-like galaxies. Inelliptical-like galaxies, the majority of current novae have long mass loss times, are rel-atively faint, and have long recurrence periods. In spiral-like galaxies, the majority ofthe current nova population have short mass loss times, are relatively bright, and haveshort recurrence periods.5) Given the uncertainties in both our calculation and observations, the predictedvinova rate and the distribution of nova mass loss times in our M31-like galaxy are ingood agreement with observational data for M31. The observed distribution may besubject to incompleteness at tml < 10 day and tml > 300 day.With this work, we have partially explained the origin of unresolved X-ray emissionin elliptical galaxies and quantitatively studied the in?uence of the emission of accretingWDs on the optical line emission of elliptical galaxies. In addition, we have explainedthe properties of nova population in galaxies of different Hubble types.
学科领域天文学 ; 恒星与银河系 ; 恒星形成与演化
学科门类理学 ; 理学::天文学
页数125
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/25366
专题大样本恒星演化研究组
作者单位中国科学院云南天文台
第一作者单位中国科学院云南天文台
推荐引用方式
GB/T 7714
陈海亮. 吸积白矮星星族合成研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2016.
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