星团颜色-星等图的复合双星星族合成研究

The colour-magnitude diagram （CMD） is one of the best tools to study the evolution of star clusters, stars and galaxies. The techniques on basis of single stellar evolution can not explain observational results such as blue stragglers, and two main sequences in the CMDs. According to the fact of the dominance of binary stars, the exsitance of multi-populations in star clusters and the specialty of binary stellar population, it becomes more and more necessary to study CMDs using composite binary stellar population models which are built on the basis of binary evolution. This project uses the special research technique of composite binary stellar population synthesis to investigate the CMDs of a large nember of star clusters. It aims to give a systematic method for studying CMDs and to gain some important astrophysical parameters of star clusters. In addition, the project will use the observational data (e.g., those of LAMOST) of some well chosen standard clusters to check and give constraints to our theoretical composite stellar population model. In conclusion, this project will improve a binary method for CMD studies, and show the importance of binary evolution in researches of star clusters and stellar population synthesis. It will also help put the building of evolutionary stellar population models forward.

星团的颜色-星等图（观测上的赫罗图）是研究星团、恒星和星系演化的绝佳平台。目前基于单星演化的研究难以解决星团颜色-星等图中的蓝离散星、双主序等特殊观测现象。根据大部分恒星是双星、星团中存在多星族并存的观测结果以及双星演化的特殊性，利用基于双星演化建立的复合双星星族开展颜色-星等图研究已成为必然的需求和趋势。本项目应用复合双星星族合成这一特色研究方法对大量星团的颜色-星等图进行研究。最终将提出基于双星演化的颜色-星等图研究理论并获得大量星团的重要天体物理参数。另外，本项目将利用一些"标准"星团的观测数据（包括LAMOST数据）对复合双星星族合成模型进行校准，为该模型在天体光谱和测光合成研究等打下基础。通过这项研究，既可以为颜色-星等图研究提供全新的双星研究方法，也可以充分展现双星演化在星团和星族合成研究中的重要作用，同时也能为演化星族合成模型建设提供新的依据和限制。

本项目基于单星演化难以解释星团颜色-星等图中的蓝离散星、双主序等现象，在同时考虑转动恒星、双星和单星演化的基础上建立了一个复合双星星族合成模型，并对星族模型输入和颜色-星等图之间的关系进行了研究，发现：转动、星族混合、双星演化对星团的颜色-星等图有显著的影响，这些效应有可能通过一些特殊的观测特征加以区分。另外，项目建立了一套功能强大、使用便捷的星团颜色-星等图分析程序（Powerful CMD），并对一些星团的颜色-星等图进行了详细的研究。研究发现，双星有助于解释星团中的红离散星、蓝离散星、年轻（< 0.5 Gyr）星团的展宽主序拐点等特殊观测现象；中等年龄星团的主序拐点展宽可以分别用恒星转动和多次星暴进行解释。但是，我们对NGC1831、NGC1868、NGC2249等星团的颜色-星等图的赫兹空隙厚度和拐点情况的研究表明其星族很可能是由多个简单星族构成，即这些星团属于复合双星星族。最后，我们对复合双星星族模型进行了校准，该研究发现用我们构建的模型得到的结果和星团的实际参数匹配得很好，目前我们的模型已经能够重现各种颜色-星等图、构建不同成分星族、对星团颜色-星等图进行细致的研究。通过本项目的实施，截至2016年1月项目组一共发表了11篇研究论文（包括未标注的4篇），其中6篇为SCI论文，项目研究达到了预期的目标。此外，目前有1篇投出的论文正在审稿中，还有3篇相关的论文已完成论文主体的写作，将在近期投稿。项目研究成果《双星、恒星转动和多星暴对星族影响的研究》2015年获得云南省自然科学三等奖。本项研究直接促进了对星团颜色-星等图的认识，特别是其中建成的新模型（新型星族合成模型）和研究程序（Powerful CMD、BS2fit）有望对今后的相关研究提供有力的支持，成为科学家们研究星团的又一利器。