大质量双星系统的元素混合效应研究

Rotational mixing of the chemical elements is a very important physical process which has an important impact on the stellar structure and evolution. The shears which induced by the tide and mass transfer are more efficent than meridional circulation for the mixing of chemical elements. They have an important impact on the structure and evolution of the binries. We will mainly study them. The main research aims are: (1)The boundary of the convection zone in the rapid rotating massive star which determined by all kind of rotational induced instabilities will be recalibrated. (2) According to the charaters of the tidal torque, we do not apply the tidal braking to the whole radiation zone but to the outer layers which can encompass most of the total tidal effect. The shear mixing which induced by the tide and mass transfer will be mainly investigated during the tidal synchronisation process and Roche lobe overflow. We will discuss their effects on the struction and evolution of the binaries. The angular momentum which transported by both meridional circulation and shear turbulence will be discussed under the influence of the tidal braking or mass transfer. Moreover, the angular velocity profile inside the massive star will be presented. （3）We will investigate the conditions which can produce chemical homegeous evolution and find the relationships between the chemical homegeous evolution and metal abundances, the rate of mass transfer, stellar mass, and orbital periods.

转动混合是影响恒星结构和演化非常重要的物理过程。潮汐同步和物质交换过程形成的强剪切湍流是比子午环流更有效的元素混合机制，我们将重点研究它们对双星结构与演化的影响。主要研究内容为（1）由转动及其产生的各种不稳定对快速转动恒星对流区边界的界定；（2）根据潮汐转矩主要作用在大质量恒星的辐射区的外层的特征，将潮汐转矩应用在辐射区外部。而物质交换产生的吸积转矩作用在恒星表层。讨论双星系统潮汐同步和物质交换过程中产生的强剪切湍流造成的元素混合效应对双星结构演化的影响。研究子午环流和剪切湍流在潮汐转矩或物质交换作用下在恒星内传输角动量的行为，给出转动双星内的角速度分布；（3）研究产生大质量恒星近化学均匀演化的条件。即产生大质量双星系统近化学均匀演化与金属丰度、物质交换速率、恒星质量，轨道周期间的关系。

转动混合是影响恒星结构和演化非常重要的物理过程。潮汐同步和物质交换过程形成的强剪切湍流是比子午环流更有效的元素混合机制，我们重点研究了它们对双星结构与演化的影响。主要研究内容为:.（1）研究了转动恒星的元素扩散方程和角动量转移方程及其边界条件. 由转动产生的各种不稳定，根据S-H不稳定性重新定标了对流和辐射区的边界. 深入研究了子午环流和剪切湍流传输化学元素系数和它们的物理意义；讨论了双星系统潮汐同步和物质交换过程中产生的强剪切湍流造成的元素混合效应对双星结构演化的影响。研究了临界转动吸积星的结构和演化，相关工作2017年发表在A&A上。.（2）研究了大质量恒星产生化学均匀演化的条件。即产生大质量双星系统近化学均匀演化与金属丰度，物质交换速率, 恒星质量, 轨道周期间的关系。给出了不同质量恒星，不同金属丰度，不同轨道周期，不同初始速度的条件下，潮汐同步过程产生的强剪切对化学元素混合的作用. 选择质量比为0.667的大质量双星系统，研究了恒星内的 H-profile、自转角速度、赤道速度、中心温度、恒星表面氮元素等物理量的变化，HR图演化轨迹. 研究了转动双星系统形成化学均匀演化的条件，相关工作2016年发表在A&A上。.（3）研究计算了转动大质量双星系统磁滞效应，计算了磁滞时标和潮汐同步的时标，比较了磁滞转矩和潮汐转矩在不同轨道周期和初始自转周期的大小，研究了他们的相互作用对恒星内元素混合效应及结构与演化的影响。同时研究了两颗恒星达到并维持同步转动的的条件，建立了轨道演化方程, 相关论文2018年发表在A&A上。.（4）天文观测大麦哲伦星系中一些大质量星B型星表面转动速度很低，但表面氮元素明显超丰；而有些大质量星B型星表面速度很大，但氮元素几乎无超丰。转动单星理论无法同时解释这两类星的观测事实。利用转动双星的理论模型解释了大质量星表面氮元素和转动速度存在的反常的现象。相关论文2018年发表在ApJ上. 该项目资助下共发表论文13篇，其中SCI论文10篇，国内核心论文3篇。第一作者在国际一流刊物ApJ上出版1篇，A&A上出版3篇。参加了十余次的学术会议.加强了与瑞士日内瓦大学Georges Meynet教授的科研合作，培养硕士研究生5人，为贵大研究生开设天体物理课程，支持了学校的天文学科建设。