中子星低质量X射线双星慧眼卫星观测研究

This project will focus on investigation of the physical property and evolution of neutron star low mass X-ray binaries (NS-LMXB) with the observations of Hard X-ray Modulation Telescope (HXMT), mainly including: (1)using the data from the High-Energy X-ray telescope on HMXT, we will investigate the hard X-ray emission (20-250 keV) and its origin of Z sources, Atoll sources, and accreting millisecond X-ray pulsars, and investigate the characteristics of the corona of these sources and the mechanism for producing the corona; (2)jointly using the data from the Low-Energy X-ray Telescope and the Medium-Energy X-ray Telescope on HXMT, we will study soft X-ray emission (1-30) keV of NS-LMXBs and the mechanism for producing soft X-rays in NS-LMXBs; we will calculate the physical parameters such as mass accretion rates and the NS surface magnetic field strength of the neutron star, etc. with the result s of spectral analyses, and, thus, study the processes of the NS as well as the accretion disk, and study the disk structure; moreover, we will investigate the relativistic effects of the iron line; (3)with the data of all the three telescopes on HXMT, we will fit the broadband spectra of NS-LMXBs, then study the correlation between the soft X-ray flux and the hard X-ray flux as well as the correlations between the soft X-ray fitting parameters and hard X-ray fitting parameters, and, therefore, the interaction between the accretion disk and the corona; (4)comparing the fitting parameters, study the whether the accretion disk, or corona, or magnetic field leads the evolution of NS-LMXBs or not.

本项目计划利用慧眼卫星观测数据，开展中子星低质量X射线双星物理特性及其演变研究，研究内容包括：(1)利用慧眼卫星高能探测器观测数据，分析Z源、 Atoll源、及吸积毫秒X射线脉冲星硬X射线(20-250 keV)辐射规律及辐射起源，研究它们的冕的特性及冕的起源；(2)联合慧眼卫星低能和中能探测器观测数据，分析这几类中子星低质量X射线双星软X射线能谱(1-30 keV),分析它们的软X射线辐射机制；从能谱拟合结果，估算吸积率和中子星表面磁场强度等物理参数，从而研究中子星及吸积盘的吸积过程和吸积盘结构；分析铁线的广义相对论效应；(3)联合慧眼卫星低能、中能、及高能探测器观测数据，分析这几类源的宽能区能谱(1-250 keV)，分析这几类源的软、硬X射线辐射及软、硬X射线流量的相互关系，研究盘、冕相互作用；(4)比较能谱拟合参数，从而分析是吸积盘、还是冕、或磁场主导中子星低质量X射线双星的演变。

在本项目资助下，利用慧眼卫星观测数据及其它X射线天文卫星观测数据，完成了X射线双星领域多项前沿研究，取得了多项有重要意义的研究成果。数据分析涉及中子星低质量X射线双星、黑洞X射线双星、中子星大质量X射线双星。慧眼和RXTE数据分析显示：黑洞X射线双星中存在高温冕，而中子星X射线双星中不存在高温冕。黑洞X射线双星硬X射线辐射源于吸积盘辐射的软X射线光子被高温冕中的高能电子康普顿化，而中子星X射线双星中的硬X射线辐射源于中子星辐射的光子被向中子星做自由落体运动的高能电子康普顿化或被位于中子星和吸积盘之间的边界层中的混杂电子康普顿化。利用慧眼高能探测器观测数据，将黑洞X射线双星中准周期(QPO)现象研究延伸至硬X射线能区。发现、分析了硬射线能区QPO现象，对研究QPO起源具有重要的启示意义。利用慧眼卫星观测数据分析黑洞X射线双星中盘-冕辐射时延，分析结果显示黑洞X射线双星中普遍存在的快上升-慢下降光变现象和硬度-强度图中“q”型演化轨迹源于软、硬X射线时延。分析了两个高磁场吸积脉冲星慧眼卫星观测数据，分析拟合能谱，估计中子星表面磁场和源距离，分析脉冲轮廓。另外，理论研究涉及长周期转动射电脉冲星的理论研究，研究结果显示长周期射电脉冲星具有较高的磁场，其磁场和磁星磁场相当或高于磁星磁场，同时其周期导数较大。..在本项目资助下，发表标注本项目资助的SCI研究论文12篇，其中4篇第一作者为本项目组主要成员；第一标注本项目资助1篇、第二标注本项目资助2篇。培养已毕业研究生4名，其中2名硕士研究生、2名博士研究生；在读硕士研究生2名。