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基于食双星极小时刻和LAMOST视向速度搜寻恒星级黑洞候选体

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基于食双星极小时刻和LAMOST视向速度搜寻恒星级黑洞候选体

作者：孟刚贵州大学

学位级别：硕士

黑洞最早是由广义相对论预言的一种天体,有着超强的引力以至于逃逸速度甚至大于光速,它是一种有着最极端物理条件的天体,是检验当代基础物理学正确性的理想物体。但是由于黑洞无法直接观测,只可以借助间接的方式对它进行寻找以及研究,... 详细信息

黑洞最早是由广义相对论预言的一种天体,有着超强的引力以至于逃逸速度甚至大于光速,它是一种有着最极端物理条件的天体,是检验当代基础物理学正确性的理想物体。但是由于黑洞无法直接观测,只可以借助间接的方式对它进行寻找以及研究,因此黑洞的寻找以及研究是天体物理中较难的课题,同时黑洞的寻找以及研究也一直是天文学领域的热点课题。这篇论文使用两种方法对黑洞进行搜寻,主要包括两部分内容:一是利用五颗食双星极小时刻研究其周期性变化寻找黑洞候选体,同时对得到的光变曲线进行分析得到食双星的轨道参数;二是对LAMOST的DR8的视向速度数据进行统计分析以寻找黑洞候选体。以下是这两方面工作的主要内容及成果:(1)RS Ser,V449 Per,MR Del,V593 Cen,和V1095 Her是五颗短周期食双星,我们用四个一米级望远镜对它们分别进行观测,观测了38个晚上,共获得了它们的8个全相位光变曲线。另外,利用丽江的2.4米望远镜,我们获得了V449 Per的低色散光谱,并确定它的光谱型为K0(±2)V。根据它们的O-C曲线,RS Ser、V1095 Her、V0593 Cen和MR Del的周期存在周期性变化,我们以第三天体的光时轨道效应来解释这种现象,但是由于观测数据的不足,得到的第三天体的轨道周期有一定的可疑性。RS Ser、V1095 Her和MR Del的第三天体质量下限较小,还不能确定为黑洞候选体,V0593 Cen的第三天体质量下限为3.68太阳质量,可以确定为黑洞候选体。对于V0593 Cen,由于他的极小时刻值只集中在四个不同的时间点,并不连续,我们还用持续性的周期减小来解释它的周期变化,减小速率为8.2X10天/年。V449 Per的周期存在持续性的增加,增加速率为9.5X10天/年.利用测光观测得到的光变曲线,我们使用W-D程序初步解出了它们的测光解,结果证明V593 Cen是一颗早型深接触食双星,有着很高的相接度。(2)我们利用LAMOST DR8的恒星光谱数据,寻找LAMOST观测到的具有较大视向速度变化的巨星附近的黑洞候选体。其中有696139具有重复观测的视向速度的目标,13253个目标存在视向速度变化,其中有16个目标是巨星且视向速度变化较大,ΔV>80千米每秒,说明它们周围存在光学不可见伴星。LAMOST数据的初步分析,还不能确定这16个目标的不可见伴星质量超过了3个太阳质量,但在一定的合理假设条件下有11个目标的质量超过3倍太阳质量,可能为黑洞候选体。然后我们将这16个目标的坐标与GAIA和TESS的巡天数据交叉,得到它们的质量和半径,进一步估算不可见伴星的质量。这些目标非常值得我们作进一步的测光及光谱观测,并做进一步研究。随着各种光谱巡天以及测光巡天数据的发布,为批量寻找黑洞候选体提供了数据基础。2020年的诺贝尔奖授予了罗杰·彭罗斯(Roger Penrose),莱因哈德·根泽尔(Reinhard Genzel)和安德里亚·格兹等人,因为他们发现了银河系中心有着一个超大质量的致密天体(黑洞),且发现黑洞的形成是对广义相对论的有力验证。数据的积累将越来越有利于黑洞的搜寻与研究,相信在黑洞的独特魅力下,将来会有越来越多的科学工作者投身于黑洞有关的课题中去。

关键词： LAMOST 食双星黑洞轨道周期变化视向速度轨道参数

基于LAMOST中低色散光谱等巡天数据研究食双星的物理性质

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基于LAMOST中低色散光谱等巡天数据研究食双星的物理性质

作者：龙柳贵州大学

学位级别：硕士

银河系中存在大量的食双星,对于很多食双星我们并不知道它们的物理参数和光谱活动性质。为了更好地了解食双星的光谱性质和色球活动情况,LAMOST望远镜大样本恒星光谱库为我们研究食双星的光谱性质提供了最佳机遇。不仅可以揭示食双星的... 详细信息

银河系中存在大量的食双星,对于很多食双星我们并不知道它们的物理参数和光谱活动性质。为了更好地了解食双星的光谱性质和色球活动情况,LAMOST望远镜大样本恒星光谱库为我们研究食双星的光谱性质提供了最佳机遇。不仅可以揭示食双星的磁活动性质和规律,而且为理论模型的完善提供资料和限制,进一步推动恒星发电机理论的发展。本工作的研究成果主要有:（1）利用LAMOST DR6和DR7所释放的中低色散巡天光谱数据与国内外测光巡天变星星表进行交叉证认,获得了32719颗食双星的光谱资料。利用色球活动指标Hα线的等值宽度确定了食双星的色球活动强度,发现10,372颗食双星系统具有较强的色球活动,同时统计了M型食双星的活动比例,发现从M0到M4的Hα活动比例呈增长趋势,并且双星活动比例比单星要高。利用LAMOST时序光谱发现7230颗食双星存在色球活动变化。通过统计研究我们发现这些食双星的色球活动指标Hα谱线的等值宽度与周期、半径之间存在关系:随着自转周期或恒星半径的逐渐增大Hα谱线的等值宽度在逐渐减小,随后到达某个阈值开始饱和。（2）我们利用国内外光学望远镜对7颗具有色球活动的小质量食双星进行了后续的多波段测光观测研究,其中4颗为M型食双星（HAT 225-03429,CRTS J085623.0+282620,CRTS J110302.4+201611,2MASS J16344899+3716423）,3颗为W Uma型食双星（V574 Lyr,V1033 Her和V1062 Her）。我们利用Wilson-Devinney程序确定了这7颗食双星的轨道参数和恒星黑子参数。利用两个极大相位的星等差值?Mag（***）随时间的变化关系,发现V574 Lyr、V1033 Her和V1062 Her具有光变畸变。光变曲线分析显示V574 Lyr的黑子活动区存在短时标（一个月或更短）的变化,而V1033 Her和V1062 Her存在长时标（长达年）的变化。同时对V574 Lyr、V033 Her和V1062 Her的轨道周期分析,发现V574 Lyr和V1062 Her的周期表现出周期性变化,这可能是由于通过第三体的光时轨道效应或磁活动周引起的;而V1033 Her的周期呈现出连续增长的趋势,这种持续增长的原因是较小质量的主星向较大质量的次星转移质量。最后,未来我们将结合Kepler、TESS、Gaia等巡天项目所释放的数据进一步研究食双星的磁活动性质及其在银河系的分布,并对磁活动比较强烈的食双星利用国内外天文台一米级光学望远镜进行长期的后续观测,揭示磁活动的演化规律。

关键词： LAMOST 食双星色球活动轨道周期变化恒星黑子

基于ASAS巡天数据研究大样本相接双星的物理参数

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基于ASAS巡天数据研究大样本相接双星的物理参数

作者：李桐安贵州大学

学位级别：硕士

在银河系中,有一半以上的恒星都是双星系统。双星是由万有引力这个“纽带”连接在一起的,它们相互绕转,呈现出特有的演化图景。在双星系统中,有的双星经常发生激烈的恒星活动现象(如:恒星黑子活动、耀斑爆发等)叫做色球活动双星,这类活... 详细信息

在银河系中,有一半以上的恒星都是双星系统。双星是由万有引力这个“纽带”连接在一起的,它们相互绕转,呈现出特有的演化图景。在双星系统中,有的双星经常发生激烈的恒星活动现象(如:恒星黑子活动、耀斑爆发等)叫做色球活动双星,这类活动的双星系统对于我们的研究有着重要的意义。相接双星物理参数的研究不仅是恒星物理领域的热点课题,也是国际天体物理界非常重视的研究方向,并且我们的课题组在国内已经成功地开展了这个领域的研究工作。在本论文中,首先,根据从ASAS巡天数据中下载的相接双星相关数据,利用国际上求解食双星物理参数最著名的工具(WD程序)对相接双星的物理参数进行计算,再利用Origin绘图软件进行绘图,最后根据得到的物理参数、光变曲线图和结构图,进行分析总结。其次,利用我们课题组在智利的60cm望远镜观测得到的相接双星2MASS J21223350-4627383和2MASS J21222458-4619391为例,使用IRAF软件对测光数据进行孔径测光,再通过WD程序调试得出这两颗相接双星的测光解,利用得到的理论曲线去拟合原始的光变曲线,根据拟合的结果看出求得的测光解是正确的,并画出了这两颗相接双星的结构图。最后,把ASAS测光巡天数据和LAMOST光谱巡天数据进行交叉研究,在LAMOST数据库中找到了214颗ASAS进行过测光研究的食双星,并在这些食双星的光谱中找出具有Hα线发射的,即是有恒星色球活动的双星光谱。通过整理出这些光谱,对于今后继续进行食双星的观测研究有着指导性的意义。

关键词：相接双星 ASAS巡天数据 LAMOST巡天数据 WD程序光变曲线

基于国内外望远镜及巡天数据研究食双星的物理参数和相关性质

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基于国内外望远镜及巡天数据研究食双星的物理参数和相关性质

作者：王代美贵州大学

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根据已有的对食双星的研究分析,晚型恒星一般情况下处于主序阶段,在这样的阶段,晚型食双星诸多特性引起了研究者们的注意,包括轨道周期小(一般低于一天),易于观测到完整的周期,比较活跃,黑子活动,物质转移等。再加上现在更加先进的望远... 详细信息

根据已有的对食双星的研究分析,晚型恒星一般情况下处于主序阶段,在这样的阶段,晚型食双星诸多特性引起了研究者们的注意,包括轨道周期小(一般低于一天),易于观测到完整的周期,比较活跃,黑子活动,物质转移等。再加上现在更加先进的望远镜和测光与分光手段的使用,我们本文的研究内容也是食双星,而且主要利用到国内与国外小口径地面望远镜以及地面与太空的巡天数据。其研究成果如下:V441 Lac是一颗周期为0.3089天的食双星,Agerer等人2001年只获得了白光观测的光变曲线,为了更好的研究V441 Lac的物理参数和相关性质,在2013年利用中国科学院兴隆基地85cm光学望远镜对W Uma型食双星V441 Lac第一次进行多波段观测研究,获得完整的BVRI四个波段的光变曲线,同时计算出三个新的极小时刻,更新了它的轨道周期为0.30891501天,而且周期呈现增加的趋势,周期增加率为75.67(0.35)10 d/year-(10)?,利用Wilson&Devinney程序第一次求解出它的测光轨道参数(质量比、轨道倾角、温度、表面势等)。我们还做了另一个W Uma型食双星GR Boo,在之前Zhang等人已经利用VRI三个滤光片数据对GR Boo进行观测研究,在光变曲线上没发现两极大不等高现象,所以我们对GR Boo进行B、V、R、I四个波段的观测,通过仔细对比,我们发现了O‘Connell效应(即两极大不等高),通过在主星上增加一个恒星黑子,我们拟合出更准确的光变曲线,求出了黑子的物理参数,同时也为GR Boo增加了6个极小时刻值,在O-C与周期数的关系中,这6个极小时刻值更加认证了GR Boo的轨道周期呈即减小趋势,周期减小率为72.36 10 d/year--?。我们通过对这两颗晚型食双星的研究分析,认为在宇宙中还存在着一个庞大的活动食双星群体等着我们去发现与研究。为了寻找更多的具有活动的食双星,我们决定利用大样本数据,即现在运用比较广泛的巡天大数据。作为现在仍处于世界领先水平的LAMOST(郭守敬望远镜)光谱观测仪,我们所知道的它所观测到的大量的目标星光谱型存在较大的偏差,在文章中,我们就对其中的870个目标星光谱型进行了修正;又将这870颗目标星和NASA搜寻系外行星的Kepler太空望远镜所观测的同样的目标星进行结合证认,通过LAMOST的光谱与Kepler的流量变化曲线的互相证认,我们在LAMOST的870颗食双星中发现了16颗的流量变化曲线具有活动性。

关键词： W Uma型食双星轨道参数磁活动

食双星VZ Lib，VZ Psc和FG Sct的物理参数和相关性质

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食双星VZ Lib，VZ Psc和FG Sct的物理参数和相关性质

作者：岳强贵州大学

学位级别：硕士

W UMa型相接双星是子星充满洛希瓣的短周期食双星。其子星拥有一个公共对流包层,导致两子星的表面有效温度相差不大。用Wilson-Devinney程序进行光变曲线拟合是确定食双星物理参数的主要方法。通常认为,相接双星最初是由分离双星通过星... 详细信息

W UMa型相接双星是子星充满洛希瓣的短周期食双星。其子星拥有一个公共对流包层,导致两子星的表面有效温度相差不大。用Wilson-Devinney程序进行光变曲线拟合是确定食双星物理参数的主要方法。通常认为,相接双星最初是由分离双星通过星风引起的角动量损失而形成,最后两子星合并形成一个快速自转的单星或蓝离散星。因此,研究相接双星对于理解恒星演化具有重要意义。观测到的亮度,光谱和视向速度变化都能限制系统的几何模型。在2016至2017年,通过使用托洛洛山美洲际天文台的SARA CT望远镜,巴特勒大学Holcomb望远镜以及中科院兴隆观测基地的60cm望远镜,对短轨道周期的相接食双星VZ Lib,VZ Psc和FG Sct进行了测光观测,并相应地获得了两条、四条和两条光变曲线。同时通过LAMOST望远镜和云南天文台2.4m望远镜,得到了VZ Psc的两张光谱。最后,对这三颗相接双星分别求解了轨道参数(主次星有效温度、质量比、主次星质量等),并分析了轨道周期变化及相应的物理机制。对于VZ Lib,得到了5个光变极小时刻,并分析了其轨道周期变化。VZ Lib的O-C曲线呈现出可能的长期的周期性震荡趋势。通过分析,得到其周期变化可能是由第三天体产生的光时轨道效应或磁活动周所引起。我们得到了第三天体的周期为48.7(±0.1)年,磁活动周的周期为46.9(±1.9)年。对于VZ Psc,得到了7个光变曲线极小时刻并得到了其物理参数。对其轨道周期进行分析后的结果不同于前人,并没有发现其有明显的周期变化。同时证实,VZ Psc上确实有高的相接度和高的主次星间温度差并存的奇怪现象。通过综合光谱减技术,发现VZ Psc的光谱显示了很强的Ca II H&K,Hα,Hβ,Hγ和Ca II IRT发射线。这表明其上有强烈的色球活动。对于FG Sct,得到了4个光变曲线极小时刻,并首次确定了FG Sct的轨道参数。FG Sct的O-C曲线呈现出开口向下的抛物线形状。同时发现其轨道周期有一个6.39(±0.24)×10天/年的减小趋势。这一趋势可能是由次星到主星的物质转移或磁星风导致的角动量损失所引起。对相接双星的研究目前主要在光学波段,未来要向射电波段拓展。同时,我们要有效利用LAMOST巡天数据、开普勒太空望远镜巡天数据以及刚刚发布的TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite)巡天数据。

关键词：相接双星轨道周期变化测光分析光谱分析

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具有射电辐射食双星的物理性质

具有射电辐射食双星的物理性质

作者：程瑶贵州大学

学位级别：硕士

在赫罗图上的不同类型的恒星,都可以探测到射电辐射,这些射电辐射与恒星的物理参数、恒星活动以及恒星演化都密切相关。全面掌握恒星的物理性质就需要更多波段的研究,如恒星的光学和射电观测是研究恒星物理参数、磁活动、质量转移等物... 详细信息

在赫罗图上的不同类型的恒星,都可以探测到射电辐射,这些射电辐射与恒星的物理参数、恒星活动以及恒星演化都密切相关。全面掌握恒星的物理性质就需要更多波段的研究,如恒星的光学和射电观测是研究恒星物理参数、磁活动、质量转移等物理过程的重要手段。不仅对研究射电食双星物理性质具有重要意义,也将为射电恒星的理论研究奠定坚实的观测基础。我们的主要研究结果如下:Wendker多年收集汇总的具有射电辐射恒星,至少有150颗食双星系统,从它的星表中显示,这些食双星主星光谱型从A型到M型处于递减趋势,不同频率的射电流量强度之间存在一定的线性正相关性。本文研究了五颗食双星的物理性质,其中三颗(V Crt、WY Cnc和CG Cyg)来自Wendker收集的射电星表。利用SARA组织位于智利的60 cm望远镜和NAOC 85 cm望远镜观测CCD测光数据,并加上前人观测的视向速度,用Wilson-Devinney程序获得了它们的轨道参数。分析它们的光度极小时刻更新了历元公式,V Crt的轨道周期以2.7972(±2.1421)10天/年的速度在增加,WY Cnc的轨道周期的减小率为8.641(±0.004)10天/年。CG Cyg的极小时刻存在明显的周期波动变化,存在一个最低质量为0.14个太阳质量的第三天体,周期约为59年,并通过它的(O-C)II分析了第二次振荡。WY Cnc和CG Cyg的周期变化更有可能由内部磁活动和恒星星风造成的。除此之外,我们还利用了SARA组织91.4厘米望远镜和60厘米望远镜的分别获取了V582 Lyr和V1016 Oph CCD测光数据。利用LAMOST光谱测量确定其视向速度,并将V582 Lyr光谱型认定为K5型,存在H线发射,表面存在弱色球活动。利用丽江2.4米望远镜拍摄的低色散光谱确定了V1016 Oph的光谱型为G8型,更新了历元公式,V582 Lyr和V1016 Oph的轨道周期都在减小。最后利用Wilson Devinney程序对CCD数据得出了轨道参数,由于它们是相接食双星,V582 Lyr和V1016 Oph的相接度分别为3.35(±0.08)%和41.0(±0.1)%。FIRST射电巡天项目给出的九十多万颗目标的信息,LAMOST DR7发布了一千多万条光谱。结合FIRST射电巡天LAMOST巡天光谱数据库交叉证认后得到两万多条低分辨率色散和一千多条中分辨率色散光谱。利用hammer程序获得了不同色球活动指标的等值宽度,我们并没有从低分辨率色散中发现射电流量峰值(Fpeak)与H发射线等值宽度(EW)存在明显相关性,从中分辨率色散光谱计算的H等值宽度中可以看出与射电流量峰值(Fpeak)的弱线性正相关性。目前我们还缺乏直接的射电观测数据,在未来可以利用建设在贵州省平塘县的五百米口径球面射电望远镜(FAST)对目标进行射电波段的观测。

关键词：射电食双星巡天数据库测光观测光谱轨道参数周期变化