YNAO OpenIR  > 大样本恒星演化研究组
含有极低质量白矮星的双简并星的形成及引力波辐射
其他题名The Formation and Gravitational Wave Radiation of Double Degenerates with Extremely low-mass White Dwarf companions
李振威
学位类型博士
导师陈雪飞
2020-07-01
学位授予单位中国科学院大学
学位授予地点北京
学位专业天体物理
关键词极低质量白矮星 双简并系统 引力波
摘要双简并星由两颗白矮星组成,在银河系内大量存在。许多特殊的天体或天文现象都与双白矮星密切相关,例如 Ia 型超新星、低频波段 (mHz) 引力波辐射等。对这类双星的研究,有助于加深我们对双星物质转移、恒星演化理论等课题的理解。最近在极低质量白矮星 (Extremely low-mass white dwarf; ELM WD) 巡 天 (简称 ELM 巡天) 观测中,发现了一批含有质量小于 ∼ 0.3𝑀⊙ 的氦核白矮星(Helium WD; He WD) 的双简并星。这类双星轨道周期非常短,其中一部分系统可以产生 mHz 波段的引力波辐射,是未来空间引力波探测器,例如 LISA (the Laser Interferometer Space Antenna),重要的目标源。此外,相比于大质量白矮星(例如碳氧白矮星),ELM WD 拥有更厚的富氢包层,因而可以在高光度停留更长的时间,更易于被望远镜探测。本论文主要探索含有 ELM WD 的双简并星的形成和演化,以及这类双星在银河系内的统计性质。通过研究它们辐射的引力波信号,得到了银河系内能被引力波探测器探测到的含有 ELM WD 的双简并星的数目、空间分布以及可被 ELM 巡天和 Gaia 卫星探测到的源。 本文主要内容分为以下四章。 第一章首先介绍了白矮星的相关背景及双白矮星的形成与演化。然后介绍了 ELM WD 的结构和脉动性质,以及含有 ELM WD 的双星的观测及物理性质。最后介绍了双白矮星产生的引力波信号。 在第二章,我们首先分析了 ELM WD 的观测特征,根据观测中的 ELM WD质量和轨道周期关系,发现 ELM WD 可以通过两种通道产生,即稳定物质转移通道和公共包层通道。然后,我们利用双星星族合成方法系统地研究了双简并系统中 ELM WD 的性质与统计分布。结果发现大部分质量小于 ∼ 0.22𝑀⊙ 的ELM WD 通过稳定物质转移通道形成。当考虑观测选择效应后,ELM WD 质量在 0.18𝑀⊙ 处有一峰值,与观测一致。它们的前身星质量范围在 1.15 − 1.45𝑀⊙。质量大于 ∼ 0.22𝑀⊙ 的 He WD 是通过公共包层通道形成的。其中,He WD 质量在 ∼ 0.25𝑀⊙ 附近出现一峰值,该峰值目前尚未得到观测证实。 在上述工作基础上,第三章我们研究了含有 ELM WD 的双简并系统产生的引力波信号,发现大约 6 × 103 个源有望被 LISA 探测,其中包括 2 × 103 个含有啁啾信号的源。结合引力波探测及电磁观测,我们发现大约 ∼ 13 个 LISA 源可被 ELM 巡天观测,∼ 107 个源可被 Gaia 探测。 第四章对论文主要结论作出总结,并指出当前理论中存在的问题以及对未来研究的展望。
其他摘要Double degenerates, a binary with two white dwarfs, are very common in the Galaxy. Many peculiar objects are closely related to double degenerates, e.g. type Ia su pernovae, millisecond Hertz (mHz) gravitational-wave (GW) radiation, etc. Studies of double degenerates help us understanding the evolution of universe, mass transfer pro cess in binaries, stellar evolution, etc. In recent years, a number of double degenerates with low-mass helium core white dwarf (≲ 0.3𝑀⊙; known as extremely low-mass white dwarf; ELM WD) have been discovered in ELM survey. Due to extremely short orbital periods, these binaries are supposed to be signifificant GW sources for future space-based GW detectors, e.g. the Laser Interferometer Space Antenna (LISA). Besides, in com parison to massive white dwarfs (such as Carbon-Oxygen white dwarf), ELM WDs have relatively thick hydrogen-rich envelope, which leads them to be detected by the electro magnetic (EM) telescopes more easily. In this thesis, we mainly explore the formation and evolution of ELM WDs in double degenerates, investigate the GW signals of such systems in the Galaxy. There are four chapters in this thesis as follows. In Chapter 1, we introduce the background in WD fifield, including the formation and evolution of double WDs, the structure and pulsation properties of ELM WDs, as well as the observational properties of ELM WDs. In Chapter 2, we fifirstly analyse the observational characteristics of ELM WDs and find that ELM WDs can be produced from two channel, i.e. the stable Roche lobe overflflow channel (RL channel) and common envelope ejection channel (CE channel), according to the ELM WD mass-orbital period relation. We then systemically study the formation and evolution of ELM WDs in double degenerates with the combination of binary evolution and binary population synthesis. The results show that most ELM WDs with mass less than ∼ 0.22𝑀⊙ are produced from the RL channel, and the ELM WDs produced in this way have a peak around 0.18𝑀⊙ with inclusion of selection effffects. The most common progenitor mass for these He WDs is in the range of 1.15 −1.45𝑀⊙. He WDs with mass larger than ∼ 0.22𝑀⊙ are likely to be produced from the CE channel, having a peak around 0.25𝑀⊙. Such a peak needs to be confifirmed by future observations. In Chapter 3, we further investigate the GW signals for double degenerates with ELM WD companions. We found that about 6×103 sources are expected to be detected by LISA, including 2 × 103 chirping sources. With the combination of EM and GW observations, about ∼13 (∼107) LISA detected sources can be observed by ELM Survey (Gaia). The summaries and conclusions are shown in Chapter 4.
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104
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/25476
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
李振威. 含有极低质量白矮星的双简并星的形成及引力波辐射[D]. 北京. 中国科学院大学,2020.
条目包含的文件
文件名称/大小 文献类型 版本类型 开放类型 使用许可
含有极低质量白矮星的双简并星的形成及引力(11465KB)学位论文 开放获取CC BY-NC-SA浏览 请求全文
个性服务
推荐该条目
保存到收藏夹
查看访问统计
导出为Endnote文件
谷歌学术
谷歌学术中相似的文章
[李振威]的文章
百度学术
百度学术中相似的文章
[李振威]的文章
必应学术
必应学术中相似的文章
[李振威]的文章
相关权益政策
暂无数据
收藏/分享
文件名: 含有极低质量白矮星的双简并星的形成及引力波辐射.pdf
格式: Adobe PDF
所有评论 (0)
暂无评论
 

除非特别说明,本系统中所有内容都受版权保护,并保留所有权利。