X射线双星形成与演化中的关键问题

X-ray binaries are important cosmic X-ray sources. They have been widely investigated to reveal the nature of compact objects and their bursting mechanism. X-ray binary populations also reflect the star formation processes in galaxies, and their evolutionary products, i.e., double compact star binaries, are believed to the main sources of gravitational wave radiation. In the project we will focus on the formation and evolution of X-ray binaries, by use of theoretical and data analysis, as well as population synthesis calculations. The goal of this research is to try to answer the following key questions: how are X-ray binaries formed under different galactic environments? how do accretion modes in X-ray binaries influence their observational features, and what are the physical characteristics of the gravitational wave sources evolved from X-ray binaries?

X射线双星是重要的宇宙X射线源，是揭示致密天体本质和爆发机制的主要研究对象。X射线双星也反映了星系中的恒星形成过程，它们的演化产物——双致密星双星是引力波天文学的重要观测目标。本项目将结合理论、数据分析和星族合成方法，针对X射线双星的形成和演化过程开展研究，以理解致密星及其双星系统的物理性质和观测特性，回答在不同的星系环境下的X射线双星是如何形成的、X射线双星中致密星的吸积模式如何影响其观测特征和X射线双星产生的引力波源的物理特征是什么等关键问题。

本项目按照计划任务书预定方案，围绕X射线双星中的关键科学问题开展以下几方面开展研究：(1) 双星中物质交流的临界质量比，(2) 黑洞和中子星的前身星，(3) 中子星磁场与吸积流的相互作用，(4) 特殊类型X射线双星的形成，(5) 星系中X射线双星及其演化产物的星族合成。.针对在不同的星系环境下的X射线双星是如何形成的问题，我们研究了不同类型星系（盘星系和星暴星系）中X射线双星的形成历史，考虑恒星形成历史和金属丰度对恒星以及双星演化的影响，得到黑洞双星的参数空间分布和观测特征、致密星双星（包括黑洞/中子星/白矮星双星）的诞生率、物理分布特征和对引力波辐射的可能贡献。.针对X射线双星中致密星的吸积模式如何影响其观测特征的问题，我们分别研究风吸积和盘吸积下中子星的自转演化历史，考虑中子星磁场与吸积物质的相互作用，解释了Be/X射线双星自转周期的双峰分布特征和超慢自转中子星的起源，估计了极亮X射线脉冲星的磁场强度。.针对X射线双星产生的引力波源的物理特征是什么的问题，我们通过星族合成研究，系统分析了从X射线双星到双致密星的演化路径，得到双中子星、黑洞-致密星双星等一系列引力波源的物理特征，同时预言了利用LAMOST搜寻黑洞分离双星、利用FAST搜寻黑洞-脉冲星双星的可行性。.项目执行期间在国际学术期刊上发表论文35篇，培养博士研究生3人，硕士研究生5人，，其中许啸天的硕士学位论文“中⼦星/⿊洞X 射线双星的形成与演化”被评为2020年江苏省优秀学术学位硕士学位论文。