引力波源前身双星的结构与演化研究

One of the most important scientific advances in the last two years is that advanced LIGO has detected gravitational waves. However, there are many unsolved problems in the structure and evolution of the predecessor binaries for gravitational wave sources. One of the biggest difficulties involved in the instability of mass transfer due to Roche lobe overflow and the evolution of the common envelope. In recent years, it has been recognized that rotation and tidal effects are very important physical factors that influence the evolution of stellar structure and evolution. We mainly investigate the chemical homogeneous evolution for low metallicities (Population II and population III) and the evolution for the critically-rotating accreting stars, on the basis of Geneva binary models. Both of them can form coalescing binary black holes. For the chemical homogeneous evolution, two components expand slowly and do not experience Roche lobe overflow. They evolve into helium stars which can evolve binary black holes directly. Mass transfer via Roche lobe overflow can cause the accretor to obtain angular momentum and attain the critical velocity. The critically-rotating accretor can not obtain any mass and angular momenum and can not expand rapidly any longer. Therefore, they aviod the evolution of the common envelope. We will compare theoretical results with observations. Making use of the data from VLT-FLAMES Tarantula Survey and BinaMIcS which are related to the binary system, we examine and constrain the models of the chemical homogeneous evolution and critically-rotating accreting stars and present the rule which controls the formation of gravitational wave sources from rotating binaries.

近两年最重要的科学进展之一是LIGO探测到引力波源合并发射的引力波。然而引力波源前身双星的演化存在许多不清楚的问题，其中最大的困难涉及到物质交换不稳定产生的公共包层演化。转动和潮汐效应是影响双星演化非常重要的物理因素。本项目利用日内瓦转动双星理论模型，研究低金属丰度（星族Ⅱ和星族Ⅲ）双星系统的（1）化学成份均匀演化；(2）临界转动吸积星；两种形成双黑洞的演化途径。化学成份均匀演化的双星膨胀非常缓慢，不经历洛希瓣物质交换，演化为氦星后坍缩为双黑洞。洛希瓣物质交换使次星获得角动量，达到临界速度，不能再吸积热物质而膨胀，也不形成公共包层。利用VLT-FLAMES Tarantula Survey恒星元素丰度观测数据，检验和约束化学成份均匀演化模型和临界转动吸积星模型的计算结果，将两种模型双黑洞的合并率与观测对比，给出引力波源前身双星的演化规律。

近两年最重要的科学进展之一是LIGO探测到引力波源合并发射的引力波。然而引力波源前身双星的演化存在许多不清楚的问题。我们利用转动双星理论模型,研究了低金属丰度双星系统形成双黑洞的演化. 解决了双星演化中存在一些重要问题，主要为以下方面：.（A）σOriE是一颗大质量的B型星,它具有较高的表面转速v=160km/s和较强的表面偶极磁场B=5.5kG，这对磁星风滞动理论产生巨大挑战。我们用转动单星模型，估计了σOriE的金属丰度，质量和年龄等。.(B)相接双星的能量转移问题是影响其结构和演化最重要的物理因素。我们根据转动恒星内公共包层中较差转动激发水平湍流，由水平湍流携带两子星焓差进行能量转移的新机制。也研究了非守恒的洛希瓣物质转移对能量转移的影响，解释了相接双星的Binnendik佯谬,分析了质量-半径关系,&nbsp;HR图演化等。详细 讨论了主，次星内各个物理量如恒星的罗斯比数，回旋半径等对能量转移的反应。解决了能量转移的物理机制。. (C)星族Ⅲ恒星携带着研究星系演化时早期阶段中宇宙物理条件的信息，是形成大质量双黑洞的重要候选体。我们研究了转动效应对大质量星族Ⅲ单，双星结构与演化的影响。这对研究引力波源前身星结构和演化及长伽玛暴形成有重要意义..（D）IIb型超新星是一类特殊的超新星。在其爆炸初始观测光谱中具有弱氢线，但在爆炸后期氢线变得不能被探测。它的超新星光变曲线具有双峰结构，其光谱更接近于Ib型超新星。我们主要研究了恒星自转，对流超射，金属丰度等物理因素对洛希瓣物质交换的重要影响，以及它们对IIb型超新星的结构特征的改变。这对提高IIb型超新星理论爆发值有重要意义。.（E）赫罗图中观测到的亮度低于logL/Ls<5.4的晚型WC型Wolf-Rayet (WC7-9)不能通过单星的演化轨迹解释。由于洛希瓣质量转移极大地改变了两颗子星的内部结构和表面元素组成。因此，双星演化提供了一个非常有希望的演化通道来产生这些低光度WC星。结果低光度是由于CaseC洛希瓣物质交换后，恒星内部温度梯度较小产生的，而有效温度低是由于包层膨胀造成的。