热平衡物质损失模型及其在双星演化中的应用

Stellar structure and evolution is the base of the ground in the study of modern astrophysics, and binary evolution is one of the key part in stellar theory. Whether the mass transfer is dynamically stable or not is one of the basic unsolved problem in nearly thirty years. We find that the main sequence donor stars with a radiative envelope will suffer a delayed dynamically unstable mass transfer if the initial mass ratio is too large; the local thermal timescale and the global dynamical timescale of the donor stars on the first or asymptotic giant branch have nearly the same order of magnitude. So the thermal timescale mass transfer of the these donor stars is very important. We need to study and find the criteria for thermal timescale mass transfer. In this project, we plan to use the stellar thermal equilibrium mass loss model to study :.1. The interior structure and global parameters of all kinds of donor stars; .2. Find the criteria for dynamical time scale mass transfer of all kinds of donor stars. .Based on the criteria for thermal timescale mass transfer that we will get in this project and the criteria for dynamical timescale that we have got in our previous study, we think that we will solve the basic question, i.e., whether the mass transfer is stable or not, in binary evolution theory.

恒星物理是现代天体物理研究的奠基科学，而双星演化是恒星物理中的关键部分之一。双星演化理论中物质交换是否稳定是几十年来没有解决的基本问题。我们研究发现辐射外壳的主序恒星会经历延迟的动力学非稳定性物质交换；各类巨星支恒星表面热力学时标与动力学时标相仿，因此巨星支恒星的热时标物质损失过程变得极为重要。我们急需研究这类双星物质交换的热力学非稳定性判据。本项目拟采用恒星热平衡物质损失模型，对以下内容进行研究：.（1）通过恒星热平衡物质损失模型，研究各类恒星在热时标物质损失过程中的内部结构参量和表面物理参量的变化规律；.（2）结合热平衡物质损失模型的结果，系统地研究双星系统物质交换的热力学非稳定性判据。.通过以上研究可以得到不同质量主序恒星、巨星支恒星物质交换的热力学非稳定性判据的网格，结合我们之前工作中恒星物质交换的动力学非稳定性判据，解决双星演化中物质交换是否稳定这个基本问题。

双星演化可以形成双黑洞、双中子星、Ia型超新星等重要天体。决定这些天体形成和演化的两个关键物理过程：物质交换稳定性和公共包层演化，是困扰人们40多年的未解问题。本项目主要是通过建立恒星模型来研究这两个基本过程。通过本项目，我们新建立了热平衡物质损失模型，首次系统性的给出了0.1-100Msun恒星发生热时标物质交换的判据；结合以往建立的绝热物质损失模型对红巨星支和渐进巨星支恒星的动力学物质交换过程进行了研究并给出了发生动力学时标物质交换的判据。这些研究结果解决了太阳金属丰度恒星双星物质交换是否稳定这个基本问题，可以很好的限制双星演化的方向，使双星演化研究向前迈出了坚实的一步，研究内容发表在了ApJ和ApJS上，审稿人评价为：“该系列文章可以形成一本教科书（Together they could form a textbook)”。研究结果可以作为大样本恒星演化的基本物理输入，被国际团组写入大样本恒星演化程序中，如：COMPAS、SeBa、Binary_C等，用来研究超新星、脉冲星、双中子星、双黑洞等天体的形成与演化。相关研究成果被国家自然科学基金委数理学部选为“聚焦前沿、独辟蹊径”的典型案例。