对致密星系统的红外观测

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本论文主要介绍了利用红外天文望远镜的观测和巡天数据研究致密星系统红外辐射的起源和过程,以及致密星系统的形成和演化,同时搜寻致密星尘埃盘。内容包括了对毫秒脉冲星双星的多波段观测数据的研究,利用Wide-fieldInfrared Survey Explorer(WISE)空间探测器的巡天数据认证低质量X射线双星的红外对应体和红外波段搜寻年轻中子星的尘埃盘。  第一章和第二章介绍了观测对象和我们使用的观测仪器的相关背景知识。首先我们对包括了脉冲星、毫秒脉冲星和X射线双星系统的致密星系统的辐射性质、理论模型和形成演化做了介绍。然后我们简单的介绍了红外天文的研究内容,以及红外观测设备的性能。我们将通过这些红外观测仪器对多个致密星系统进行多波段的观测和研究。  第三章主要讲述我们结合多波段的红外观测数据来研究一个特殊的毫秒脉冲星双星J1023+0038,之前的光学观测表明目标源在2000~2001间有吸积盘结构,从而第一次证实了这类毫秒脉冲星是由低质量X射线双星中年老的中子星通过重新吸积伴星物质导致的自转加速演化过来的。我们在du Pont望远镜的近红外JH波段,还有Spitzer的中红外3.6和4.5μm波段观测到了J1023的红外对应体。结合之前的光学光谱和以上最新的观测数据,我们认为这部分红外辐射来自于双星中的低质量伴星,而不是之前的吸积盘。我们还分析了儿023的2MASS和WISE的巡天数据。对2000年2月2MASS数据的分析表明,当时的双星系统中还没有吸积盘辐射。结果证实了吸积盘是在2000年2月后形成的,并最多存在了两年半的时间,同时也表明而吸积盘和中子星相互作用的时标很短而且在未来很有可能重复吸积的过程。我们没有在WISE的12和22μm两个波段以及Herschel空间望远镜的70和160μm两个远红外波段的观测中发现J1023的对应体,我们根据计算得到流量上限,估计了被星风消噬后可能残留吸积盘遗迹的尘埃质量上限<3×1022-3×1025 g。  第四章中,我们利用WISE的红外巡天数据,在包括了187个银河系内低质量X射线双星的星表中找寻红外对应体,共发现了13个对应体和2哥对应体候选源。在这13个红外对应体中,4U0614+091和GX339-4已经被证实红外辐射来自喷流,而对于GRS1915+105的红外辐射,前人的分析认为可能来自尘埃盘结构。对于另外10个对应体,我们收集了之前的光学和近红外观测数据,分析后发现,其中3个对应体(A0620-00、XTEJ1118+480和GX1+4)的红外辐射可能来自尘埃盘的辐射,4个对应体(Cen X-4、4U1700+24、3A1954+319和Cyg X-2)的红外辐射来自伴星的热辐射,还有3个对应体(Sco X-1、Her X-1和Swift J1753.5-0127)的辐射来源还有待进一步观测研究。同时,我们还对WISE对应体和低质量X射线双星的亮度分布进行了分析比较。对于红外辐射来源的分类比较认为,超过半数的低质量X射线双星可能存在喷流或者尘埃盘。  在最后一章中,我们使用智利Magellan望远镜Ks波段搜寻了年轻脉冲星近红外对应体。根据估计的理论的红外流量,我们选取了太阳系附近7个孤立的年轻射电脉冲星源,分析了目标源的Spitzer空间望远镜4.5和8.0μm成像观测,和WISE巡天的4个波段的(3.4,4.6,12和22μm)图像。但是没有找到目标源的红外对应体,我们给出了相应的流量上限:在近红外为~μJy和中红外为~10-1000μJy。文中我们讨论了把自转能损率转化成热辐射的效率,以及有观测到X射线辐射加热尘埃盘的可能性。  综上所述,我们的研究对象包含了从年轻中子星到年老的毫秒脉冲星,同时还研究了被认为是毫秒脉冲星前身星的低质量X射线双星,红外观测为我们研究这类致密天体提供了全新的视角。同时,对这类天体红外辐射的研究和分析,对于目前致密星研究多集中在高能、光学和射电波段,又是一个很好的补充,有助于我们了解致密星形成演化的全过程提供了全景图像。
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