X射线双星的多波段研究

X-ray binaries are composed of a main sequence star and a compact object, usually a neutron star or a black hole. X-ray binaries can be used to study the wind and the mass loss from the normal star, the mass accretion under the strongest gravitational and magnetic fields, and the physics of the accretion disk. Then we can learn the observational characters of neutron stars and black holes and the formation and evolution of the X-ray binaries. In this project, we use the 2.16m and 2.4m telescopes to monitor a sample of X-ray binaries spectroscopically and photometrically. Combing with the public X-ray and gamma-ray data, we can study various physical phenomena in X-ray binaries: the correlations between the wind structure and the X-ray activities. We also do the X-ray spectra and timing analysis to study the mass accretion onto neutron stars/black holes and their physical mechanism of its X-ray and gamma-ray emissions. With the observational parameters, we can also constrain the formation and evolution of the X-ray binary with the method of population synthesis.

X射线双星是由一颗普通恒星和一颗致密星组成的双星系统，致密星可能是一颗中子星或黑洞。X 射线双星既可以用来研究普通恒星的星风结构、物质损失过程，又可以研究物质在强引力场、强磁场条件的吸积过程，研究吸积盘的形成和高能辐射机制，进而让我们研究中子星和黑洞的基本性质以及 X 射线双星的形成和演化。本项目准备国内的2.16和2.4米望远镜对一批 X 射线双星进行长期分光和测光观测，结合公开的以及即将发射的卫星的X射线和伽玛射线的数据，多波段地研究X 射线双星中的各种物理现象，研究大质量X 射线双星的星风环境和X射线辐射变化之间的关系，通过X射线的能谱和时变分析，研究中子星X 射线双星和黑洞X 射线双星的物质吸积过程与高能辐射机制，利用多波段的观测数据限制伽马射线辐射模型。根据已经观测到的结果，利用星族合成的方法研究X 射线双星的形成和演化。

在项目执行的5年期间，我们利用地面和空间的射电、光学、X射线和伽马射线望远镜、尤其是慧眼-HXMT的第一手数据，对X射线双星爆发演化给出了多波段、高频度、高统计性的研究。. 基于LAMOST的数据，利用视向速度的方法，我们在一个包含一颗B型星LB-1的双星系统中发现了一颗黑洞，得到这个双星系统的轨道周期为78.9天，黑洞的质量达到68个太阳质量，是目前银河系内发现的最大恒星级黑洞。对银河系中发现的第一个超亮X射线源的Be/X射线双星Swift J0243.6+6124进行多波段的系统研究，理解星周盘的形成和消散过程，以及产生X射线辐射的机理。. 对于吸积脉冲星，我们发现最高能量回旋吸收线，对应中子星表面磁场超过1.6×10^13 G，以及最高能量回旋吸收线谐频，首次证认中子星表面存在多级磁场等，给出了极冠区辐射整体图像的构建。对于热核暴和中子星双星吸积环境的相互作用，增加百余个I型X射线暴研究样本，探测到的X射线暴中的冕冷却饱和的现象，吸积盘等对中子星表面的遮挡导致暴流量缺失。首次发现在黑洞X射线双星MAXI J1820+070爆发的低硬态期间，存在200keV以上的低频准周期震荡现象，结合时间延迟测量，提出了硬态期间喷流进动的物理图像； .我们对伽马射线源LS I+61º303进行多波段研究，发现LS I+61º303的致密星是中子星。首次发现了来自距离SS 433约100光年处原子云的伽玛射线辐射，并且在伽玛射线波段显著探测到约162天的周期性“心跳”现象，与SS 433黑洞喷流进动周期一致，证明二者在物理上存在紧密的相干性联系。. 我们提出环绕双星盘模型成功解释了黑洞小质量X射线双星轨道长期收缩的观测疑难，发现X射线再辐射过程对黑洞中等质量X射线双星的形成和演化有重要影响,运用细节的恒星演化程序成功模拟了LIGO-Virgo探测的双中子星、黑洞-中子星引力波源前身星的形成,并结合星族合成模拟预言了银河系内各类低频引力波源的诞生率和探测数目,项目成果达到了加深理解各类X射线双星形成和演化、高频引力波源和低频引力波源的特征等目的，并为空间引力波探测器的研制提供理论支撑。