演化晚期红巨星的光变研究

Light variability is the most common phenomenon for red giants. Due to their large radius, the red giant variables usually have long periods (tens to hundreds days), and exhibit linear relations between their period and luminosity. One of the famouse examples of the period-luminosity (P-L) relation of red giants is in the LMC: variable red giants populate five sequences in the P-L plane, namely from A to E. Sequence A, B, C are radial pulsation sequences and sequence D, which is parallel to sequences A, B, and C but of longer period, is still of unknown physical origin. Sequence E stars follow a loose P-L relation between sequences C and D, but they extend to lower luminosities. These stars are widely accepted to be ellipsoidal binaries. The five P-L sequences are good candidates to study the photometric variability of red variables and will provide a better understanding of the red giant evolution. Besides, the P-L sequences are not well known in other galaxies, such as in the Milk Way. The second goal of this project is to study the P-L sequences in our Galaxy, and discover diffrences between our Galaxy and the LMC, as well as the SMC.

演化晚期红巨星的显著特点是光变。红巨变星的光变周期较长（几十到几百天），且光变周期和恒星光度之间存在线性关系。在大、小麦哲伦云中，红巨变星按周光关系可以分为A、B、C、D和E类。A-C类相互平行，为径向脉动变星；D类变星有两个光变周期，短周期属于A、B类，长周期平行于A、B和C类，但其起源不明。E序列在较低光度区，和D类部分交迭，为椭球型变星，其洛希瓣大量充满且将面临共同包层演化。这5类变星的光变各有特色且光变起源迥异，研究这5类变星能更好地了解红巨星光变的物理机制和普遍规例，从而进一步探索红巨星的内部结构和演化。这是本项目的第一个研究目标。另外，对于其它星系，如银河系，长周期红巨变星的研究尚乏，红巨变星的周光分布是否和大、小麦哲伦云的相似我们不得而知。因此，本项目的第二个研究目标为：研究银河系中红巨星的周光分布和光变性质，并与大、小麦哲伦云的比较，以分析不同星系环境对恒星演化的影响。

在大麦哲伦云中，长周期红巨变星在周期光度图上呈现出5个很好的线性序列，并被命名为ABCDE类变星。这五类变星的光变特征及光变起源迥异，它们是研究红巨星性质、探究红巨星光变普遍规律的很好样本和素材。本文主要围绕这5类变星进行了光变性质和起源的研究工作。完成的工作有：对椭球型双星，即E序列双星，进行了大样本的光谱监测，得到了高精度的视向速度曲线，结合光变曲线，我们分析了它们的恒星性质，并首次从大样本上证实了E序列星确实为主星是红巨星，次星是光学不可见的主序星构成的椭球型双星系统；我们对81颗椭球型双星进行了轨道解轨工作，得到了双星质量比、质量、轨道半径等轨道参数，并将这些参数的分布和Nie et al.2012的理论分布进行比较，将LMC中这些中等轨道双星的轨道特点和银河系的双星性质进行比较，分析异同；我们从81颗椭球型双星中挑选出具有偏心轨道的系统进行潮汐演化模拟，以检验当前经典的潮汐演化理论。研究发现当前的潮汐演化理论的模拟结果和观测不符，这说明当前的潮汐演化理论并不普适，需要修改。这也是我们工作的一个亮点。通过合作形式对LMC中的一批post-RGB星进行光谱观测，我们发现了新的恒星类型“尘埃型的post-RGB”，并推测这类恒星很可能是椭球型双星结束RGB演化后的产物；D序列变星的光变起源一直是个谜，到目前为止没有一种模型能完美地解释它们的光变曲线和视向速度曲线。我们通过分析D序列星的光变曲线和视向速度曲线，确定了D序列星不是双星系统；到结题止，还在进行的一部分工作是对A－C序列星进行脉动模式的研究，利用的样本是椭球型双星中具有脉动主星的双星系统，这项工作的优势是我们通过双星轨道解轨可以知道主星的质量及其它恒星参数。