黑洞和中子星双星吸积盘演化的比较研究

Low-mass X-ray binaries (LMXBs) are systems in which a low-mass companion transfers mass via Roche-lobe overflow onto a black-hole (BH) or a weakly magnetized neutron star (NS). LMXBs are ideal laboratories for us to study the accretion physics. Both BH X-ray binaries (XRBs) and NS XRBs have been intensively but separately studied, and only a few works made the comparison between the two types of systems. Recently, comparing the disk evolution of BH XRBs and NS XRBs from low luminosity to super-Eddington luminosity, we found some interesting results and had a new light on the interaction between the NS magnetosphere and accretion flow, and the accretion disk evolution in super-Eddington luminosity. In this project, we propose to carry out a detailed comparison of both BH and NS XRBs observations. Our aim is to obtain a deeper understanding on the following aspects: (1) how the magnetic field of NS affects the accretion disk evolution, the strength of the magnetic field, the secular evolution of accretion disk in low luminosity. (2) similarities and differences of accretion evolution among different branches in NS XRBs and BH XRBs when approaching Eddington luminosity, and the role of NS surface emission in accretion disk evolution. (3) outflow from the accretion disk, the connection between the accretion inflow and outflow in both BH and NS XRBs, and the influence of NS surface emission and dipole magnetic field on the accretion disk and outflow.

小质量X射线双星是我们研究吸积物理的理想天体，按照致密星种类不同分为黑洞X射线双星和中子星X射线双星。人们分别对这两类天体做了细致的研究，但却很少将它们作统一的比较研究。我们最近通过比较两类双星系统从低光度到超爱丁顿光度的吸积盘演化，对中子星磁场与吸积盘相互作用、以及吸积盘在超爱丁顿光度下的演化等物理有了新的认识。本项目希望进一步比较两类双星的X射线观测数据，从以下几个方面对双星的吸积物理有更深入的了解：（1）在低光度下，中子星偶极磁场和吸积盘相互作用对吸积盘演化的影响,并对中子星磁场给出限制，理解吸积盘的自演化过程；（2）在接近爱丁顿光度下，不同中子星双星和高光度黑洞双星吸积盘随光度演化的异同，以及中子星表面辐射对吸积盘的影响；（3）黑洞双星以及中子星双星在吸积过程中产生的外流，建立吸积和外流之间的联系，并探讨中子星表面以及偶极磁场对吸积、外流的影响。

小质量X射线双星为我们提供了研究吸积物理的理想实验室，特别通过对比研究黑洞和中子星X射线双星能够帮助我们获得更多的信息。按照项目研究计划，我们开展了下列研究：（1）通过分析极亮X射线源NGC 1313 X-2的多波段信息以及周围的星云，结合河内高光度黑洞和中子星双星，我们详细分析了超爱丁顿吸积下的吸积盘演化及外流性质；（2）分析低光度黑洞双星Swift J1357.2-0933的多波段光变曲线，我们对广为接受的吸积盘不稳定性模型提出挑战；（3）对比研究中子星X射线双星XTE J1810-189和黑洞X射线双星的能谱，我们发现该中子星在相同光度下能谱更软，该差别的起源可能是来自中子星的磁场作用；（4）分析黑洞双星候选体Swift J1842.5-1124在2008年爆发期间的RXTE和Swift数据，我们发现探测到的Type-C QPOs与时变、能谱之间存在强相关，可以用吸积盘进动模型加以解释。此外，我们还参与合作两项活动星系核的多波段研究，主要探讨这些系统中的伽马射线辐射起源及外流性质。项目执行期间，我们在国际知名杂志ApJS、ApJ、MNRAS和A&A上共发表论文6篇，项目负责人为其中4篇论文的第一通讯作者。目前，我们在项目资助下正培养研究生一名。