M31中X射线双星统计性质的研究

X-ray binaries are one of the most important components in X-ray emission of galaxies. It is essential for researchs on compact stars, accretion physics and galaxy astrophysics. In this project we will use data from Chandra X-ray space telescope to study the statistical properties of X-ray binaries in the bulge of M31, including the their luminosity and spatial distribution, their X-ray spectra and the relation between these properties and the star formation and evolution history of the hosting galaxy. First we will analyze over 100 observations on M31 by Chandra to build a transient source table, in addition we propose to study their statistical properties and their contribution to total X-ray emission of the galaxy. As the second part of the project we plan to merge all these data and make further source detection, down to the luminosity of 1.0E34erg/s. We will then build their luminosity function with correction to detection incompleteness and other bias, and make comparison to luminosity functions of X-ray sources in our Milky Way and in other galaxies. Thirdly we propose to extract and analyze both individual and accumulated X-ray spectra of these point sources to reach a better understanding of their physical properties, like mass of the compact star and accretion rates. Last but not least, we will make simulations on the formation and evolution of these sources by using population synthesis method. The comparison could put constraints on the formation history, the initial mass function in M31 and the stellar evolution parameters.

X射线双星是银河系和河外星系X射线辐射的主要组成部分之一，在致密星物理、吸积物理和星系物理的研究中有重要意义。本项目旨在利用Chandra X射线望远镜的观测数据，辅以星族合成方法，研究仙女座星系（M31）核球中的X射线双星的光度和空间分布、X射线谱等方面的统计性质以及其与星系中恒星形成和演化历史的关系。首先，我们将分析Chandra X射线望远镜对M31的100余次观测数据，得到其中X射线暂现源表及其统计性质；其次，我们将合并这些观测并进行进一步的点源探测，以得到M31迄今为止最完全的、光度大于1.0E34erg/s的点源表，并研究其光度函数和空间分布；第三，我们将研究这些源的X射线光谱和统计分布，并限制其物理本质；第四，我们将利用星族合成方法对这些源的形成和演化进行模拟并与观测结果对比，以限制X射线源的形成和演化，并达到限制M31核球中恒星的形成历史、初始质量函数和恒星演化参数的目的。

本项目拟对M31中X射线双星进行系统的研究，包含星表、变源统计、光度函数等方面。.由于项目执行过程中发现国外同行已经发表了新的M31中X射线双星的星表以及初步整理的变源性质，因此主持人利用项目的资金支持，将研究方向扩展到银河系与M31中更加暗弱的激变变星的X射线辐射性质中。.激变变星与X射线双星都是由一颗致密星与一颗正常恒星组成的双星系统。与X射线双星的不同之处在于，激变变星由白矮星作为吸积星，其辐射转化效率和X射线光度相对较低。前人的研究认为含有磁化白矮星的激变变星（称为磁激变变星）被认为是银河系边缘X射线辐射的主要贡献者，也是球状星团X射线辐射的主导者。但由于样本的稀少，其统计性质一直未能得到较好的研究。利用Chandra和Suzaku的X射线数据，通过系统的研究，我们发现了以下一些结果：.第一，Suzaku的X射线光谱研究表明，磁激变变星与非磁激变变星的X射线辐射温度、铁发射线强度完全不同；对比银河系边缘X射线辐射的光谱可知，非磁激变变星才是主要的银河系边缘X射线辐射的贡献者。因此，利用磁激变变星模型得到的银河系激变变星中白矮星的平均质量是有严重偏差的。.第二，Chandra的X射线观测表明，银河系和M31中球状星团的X射线光度、单位恒星质量的X射线辐射效率一致，且大质量的球状星团平均的辐射效率更低。由于球状星团的X射线辐射由激变变星主导，这表明球状星团中激变变星的辐射效率较低，而其形成和演化很可能受到星团的动力学演化历史的影响。.此外，我们还在M82中发现了一个新的X射线源，并由其光谱特征以及与原有射电源的位置相一致的性质认为其是一个处于暴发态的黑洞X射线双星。