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相接双星是双星中具有复杂物理过程的特殊类别。相接双星系统中两子星之间的距离较短,且均充满它们相应的洛希临界体积并形成公共包层。相接双星中存在许多复杂的物理过程如:两子星间有物质交换和能量交换;两子星因为受到自转和公转离心力作用,以及相互之间的引力作用(潮汐作用),可以造成两子星的结构,内部物理过程和演化发生变化;当公共包层膨胀达到外拉格朗日点时,可以引起物质从外拉格朗日点逃逸出去,逃逸的物质同时携带了角动量造成角动量损失,并对双星的轨道参量产生重要影响。 相接双星中又可分为大、中、小质量相接双星。大、中质量相接双星中,子星的外壳是辐射平衡的,而小质量相接双星中,子星的外壳是对流的。这种区别对于建立统一的相接双星模型带来一定困难。 双星在恒星世界中占据50％左右,所以双星的研究是非常重要的。研究双星的结构与演化,使我们更清楚地了解相接双星中存在的不同物理过程,从而广泛地了解整个双星世界,帮助认识恒星系统,甚至对了解和认识星系都有着非常重要的意义。 为了解释小质量相接双星的观测现象,至今己建立了许多具有公共对流包层的小质量相接双星理论演化模型,例如Lucy(1968[1],1976[2])、Hazlehurst& Meyer-Hofmeister(1973[3])、Hazlehurst& Refsdal(1980)[4]、Robertson& Eggleton(1977[5])、Kaehler etal.(1986a[6],1986b[7],1987c[8])、Shu et al.(1976,1979,1980[9],[10].[11])、Li et al.(2004Ⅰ,2004Ⅱ,2005Ⅲ[12].[13].[14])、Stepien(2009[15])等,这些模型对相接阶段的物理过程(如物质交换过程和能量交换过程等)有着不同的理解和处理手段。但遗憾地是,这些模型虽然对上述物理过程的认识或理解不同,却仍然很难同时完整地解释小质量相接双星中存在的观测现象和规律。然而对于大中质量相接双星,更是很少有人建立模型去解释观测现象和规律。 除了以上所提到的模型之外,最近由Huang,Song,Bi等人建立了一个新的相接双星理论模型(Huang et al.2007[16];Song et al.2007[17]),在本论文中简称HSB相接双星理论模型。这个模型对相接阶段的物理过程有着自己不同的理解和处理手段,与上面所提模型是不同的。该模型的特点,以及与以往模型的不同具体如下:第一,HSB模型由于考虑了子星受到自身自转引起的离心力(转动效应)、伴星的引力(潮汐效应)、公转引起的离心力(转动效应)和自身引力的作用会导致其结构偏离球形为非对称旋转椭球体,这些效应将影响子星的结构,并在内部产生新的物理过程,最后给双星的演化带来重要的影响。第二,该模型对相接阶段的物质交换和能量交换物理过程,有着自己独特的见解,他们认为能量交换是由于交换的物质所携带的能量所造成,即转移的物质所携带的势能、动能和热能为能量交换的实质。第三,相接阶段的物质交换过程,他们认为是两子星在系统公共包层内完成的,且物质交换的速率大小只与两子星的表面势能差有关。第四,该模型中还考虑了从外拉格朗日点L2丢失物质,当相接双星系统的公共包层充满达到L2点时,系统的物质会通过L2点逃逸出去并造成系统角动量损失,对双星的轨道参量带来影响。最后,此模型可以计算具有不同质量的相接双星演化。 本论文主要目的和工作是用天文观测得到的相接双星的规律,去验证HSB相接双星模型能否适用于大中小质量相接双星。通过收集大质量、中等质量和小质量相接双星观测样本,统计并给出大中质量和小质量相接双星在质量.光度关系,质量—半径关系和赫罗图上的分布规律。通过理论模型计算,在质量—光度关系,质量—半径关系和赫罗图上,得出HSB模型预言的大中质量和小质量相接双星的演化规律。在这些关系上,再将从观测和理论上分别获得的结果进行比较。发现对于大中质量和小质量相接双星,HSB模型都能够在质量—光度关系,质量—半径关系和赫罗图分布上解释观测现象和规律。为此,得出HSB模型适用于大中小质量相接双星。 论文的创新点在于:(1)至今只有小质量相接双星的质量—光度关系,质量—半径关系,和它们在赫罗图上的分布规律,还没有人给出大、中质量相接双星的相应关系。通过对最新天文观测资料的总结,给出了这些关系。(2)通过检验工作,证明了HSB相接双星理论模型可以解释观测得到的质量—光度关系,质量—半径关系,和赫罗图分布等规律。(3)至今的相接双星模型都只能应用于小质量相接双星,不能应用于大、中质量相接双星。通过我们的检验工作证明,HSB相接双星理论模型可以应用于大、中、小质量相接双星。