特殊脉冲星双星的形成

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自脉冲星发现至今已历四十八载,各种激动人心的发现不断涌现出来。毫秒脉冲星作为一类特殊天体和低质量X射线双星的形成与演化紧密相连。然而,关于毫秒脉冲星形成的再循环理论不断受到新的观测的挑战。本文中,我们对球状星团Terzan 5中的特殊天体J17480-2446的形成以及银河系星场中的三个偏心轨道完全再循环毫秒脉冲星双星系统的形成进行了解释。论文结构如下:在第一章,简单介绍了中子星的一些典型特征,并对不同类型的中子星进行分类介绍。之后,讨论了中子星的自转演化,磁层结构以及射电辐射的产生机制。最后,就中子星的内部结构和状态方程,以及中子星-奇异星相变进行了讨论。第二章中,我们介绍了中子星低质量X射线双星的形成与演化以及毫秒脉冲星形成的再循环理论。还就低质量X射线双星形成与演化中的一些问题展开讨论,比如双星的物质交流,球状星团中低质量X射线双星的形成,超新星爆发对双星轨道的影响,以及毫秒脉冲星双星系统的轨道周期与白矮星伴星质量的关系等。在第三章,我们讨论了银河系球状星团中的一个正在吸积的低质量X射线双星系统:IGR J17480-2446的形成。与其他已知的正在吸积的毫秒脉冲星相比,IGR J17480-2446的自转频率(11 Hz)显得比较低,这暗示该系统正处于物质转移的早期阶段。然而,这种解释与通过观测得到的千赫兹准周期振荡所导出的表面低磁场相矛盾。本文中,我们给出一个可能的解释:假定当前系统是通过一个包含有毫秒脉冲星的双星和当前的伴星,或者孤立的再循环中子星与一个双星系统,相碰撞而形成的。新形成的双星系统轨道角动量可能与中子星自转角动量同向,也可能反向。对于后者,所观测到的IGR J17480-2446的低自转频率或许源于中子星先自转减速再加速的演化历程。我们还就这一模型简单讨论了观测到这类天体的可能性。此外,我们还给出了关于IGRJ17480-2446形成的两个其他模型,并讨论了不同模型的区别。第四章中,我们讨论了三个处于偏心轨道的完全再循环的毫秒脉冲星的形成。根据再循环理论,毫秒脉冲星是由低质量X射线双星演化形成的。由于双星演化中的潮汐作用,毫秒脉冲星应该处于偏心率很低的圆轨道,这与观测到的情况基本一致。然而,有一些比较特殊的系统与此理论不符。最近发现的脉冲星J2234+06,J1946+3417和J1950+2414都处在偏心轨道之中,并且从其质量函数得到的伴星质量与预期的He白矮星质量非常接近。有观点认为,这三个毫秒脉冲星源于吸积导致的超钱德拉塞卡质量白矮星的延迟塌缩,或者,轨道偏心率源于环双星盘与双星系统的动力学作用。假定低质量X射线双星中中子星的吸积会使得中心达到夸克解禁密度,由此导致中子星向奇异星相变,我们证明,由于相变过程引起的中心天体引力质量突然减少,可能导致毫秒脉冲星处于偏心轨道。通过对质量损失的合理估计,可以得到观测到的双星系统偏心率。这一模型或许也可以解释已知最年轻的双星系统CirX-1的形成,该系统也具有偏心轨道,同时致密天体的磁场也比较低。第五章中,我们总结了本论文的研究结果,指出了当前观测对再循环理论提出的挑战,并就将来的研究进行展望。
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