中子星和黑洞X射线双星的多波段观测比较

It is expected that the accretion flows in black hole X-ray binaries (BH XRBs) and neutron star X-ray binaries (NS XRBs) are different, owing to the existence of the solid surface and dipole magnetosphere in neutron stars. By comparing the observational phenomena in two classes of systems, we could obtain more information than by studying either BH XRBs or NS XRBs alone. In last few years, we compared the accretion disk evolutions in BH XRBs and NS XRBs at various states and achieved some important results, which were supported by the National Natural Science Fund for Young Scholar. What is even more crucial is that we discovered some problems demanding prompt solutions. In this project, we will investigate the correlation among emissions at different energy bands, and then carry out a comparison of the multiband observational properties between BH XRBs and NS XRBs. Our ultimate goals are: (1) investigating the contribution of NS surface thermal emission and the influence of magnetosphere on accretion flows; (2) comparing the properties of the disk wind in the BH XRBs and NS XRBs; (3) studying the origin of optical-ultraviolet emissions in low-mass X-ray binaries; (4) understanding the impact of central X-ray emissions on the outer disk and the stability of accretion disk; (5) searching the correlation among the central X-ray radiation, the optical-ultraviolet emissions from the outer disk, and the disk wind.

由于中子星存在硬表面和偶极磁场，理论预期中子星和黑洞X射线双星的吸积流性质应有所不同。通过比较研究两类系统的观测特性，可以帮助我们获得一些仅研究单独一类天体无法得到的信息。在国家自然科学基金青年科学基金的资助下，我们比较研究了中子星和黑洞X射线双星在不同吸积状态下的吸积盘演化性质，在几个方面取得了比较大的进展，更重要的是发现了一些需要进一步深入研究的问题。在本项目中，我们希望寻找X射线双星中不同波段之间的相关性，并比较这些相关关系在中子星和黑洞X射线双星中的异同。通过这些分析，我们可以研究：（1）低光度下，中子星硬表面辐射、偶极磁场对吸积流的影响；（2）黑洞和中子星X射线双星中在不同吸积状态下盘风的异同；（3）系统中的光学紫外辐射的起源；（4）中心X射线源对吸积盘外区的照射、加热对吸积盘稳定性、辐射性质的影响；（5）中心X射线辐射及外区的光学紫外辐射与盘风是否存在联系。

本项目的主要科学目标是通过对比分析黑洞和中子星X射线双星的多波段数据，研究不同吸积态下，吸积盘、冕及外流等成分之间的联系；中子星偶极磁场对吸积盘、外流等成分的影响等。在项目执行期间，项目负责人按计划开展了以下几方面的工作：（1）系统分析了小麦哲伦云星系中的两个Be X射线双星（SMC X-3和SXP 59）暴发期间的多波段观测数据，研究中子星磁场与吸积流的相互作用，并对偶极磁场大小给出限制；（2）统计分析极亮X射线的Swift监测数据，给出了黑洞X射线双星系统在超爱丁顿吸积下，外流及其进动的可靠证据，同时指出黑洞X射线双星系统与极亮X射线脉冲星观测上存在差异；（3）分析黑洞X射线双星GRS 1915+105及河外源3XMM J031820.8-663034的准周期光变行为，研究准周期信号与吸积流成分之间的联系、其中的物理机制。项目组核心成员李剑博士分析脉冲星以及超爱丁顿吸积源SS 433等的多波段观测数据，取得一些重要成果。此外，我们还在超新星、脉冲星风云以及活动星系核等高能天体物理领域完成数项工作。在项目资助下，我们在国际知名杂志Nature Astronomy、ApJ、MNRAS等上共发表论文18篇，其中项目负责人本人发表论文13篇。在项目期间，项目负责人已培养研究生两名，另有在读研究生两名，本科生6名。