云南天文台恒星形成区研究获进展

1. 云南天文台恒星形成区研究获进展

近期，国际知名天体物理杂志ApJS上发表了云南天文台何金华博士与台湾天文所、上海天文台的合作者一起，通过对一批大质量恒星形成区候选体的一系列毫米波分子谱线的频谱巡天观测，在大质量恒星形成区研究获得的进展。 
  
  恒星形成是银河系中的重要天体物理过程。由于冷暗浓密的尘埃物质的遮挡，对恒星形成过程的观测研究直到近20年才随着毫米波射电望远镜的兴建而迅猛发展起来。该领域尚有许多悬而未决的问题，比如大质量恒星如何形成，作为恒星形成重要场所的巨分子云如何形成和演化，磁场扮演什么角色等。 
  
  何金华等在大质量恒星形成区研究获得的主要研究成果包括： 
  
  首先，有大质量恒星形成的巨分子云很可能都有着广泛的密度结构和热结构相似性，而且这种相似性在跨越几个数量级的分子云内部密度梯度范围内都成立。这一结论主要是由他们观测到的不同气体密度探针分子谱线的光度线性相关性支持的。 
  
  其次，不同大质量恒星形成区中的分子外向流的性质较为相似，并且这些外流区中观测到底激波区谱线辐射应该大多是通过恒星喷流与年轻恒星的母分子云本身的相互作用形成的。这与之前在小质量恒星形成中观测到的喷流与附近无关的致密分子云碰撞产生激波的情形有所不同。这一结论主要是由他们观测到的激波分子谱线SiO 6-5与其它非激波分子谱线之间的光度线性相关性支持的。 
  
  第三，他们通过对同一组数据弥散度的分析，首次定量地揭示了前述广泛的分子云密度和热结构以及外流相似性中也潜藏着的随机性，而且发现当所比较的分子云的结构尺度跨度越大时，这种随机性也随之增大的现象。而且，还指出这种随机性的变化趋势还具有某种未曾揭示过的规律性。分子云中随机性的变化趋势目前尚无对应的理论或模拟研究。
  
  　 （该文的英文摘要链接见http://adsabs.harvard.edu/abs/2012ApJS..202....1H）

2. 云南天文台发现罕见双星演化脉动天体

IT之家4月12日消息 中国科学院云南天文台研究人员发现并验证了一颗 脉动周期快速减小的天琴 RR 型变星——大熊座 AX ，其脉动周期变化率数值惊人，是迄今为止人们所发现 场星环境下周期减小最快的天琴 RR 型变星 。
  
   
  
 IT之家了解到，天琴 RR 变星又称星团变星，是脉动变星的一种，广泛分布于银道面、银晕和球状星团中，可以用来测定距离，进而为研究球状星团的年龄、恒星演化、银河系动力学和演化等奠定基础。
  
 研究人员表示，大熊座 AX 的脉动周期变化率为  - 7.75 天每百万年 ，比一般的天琴 RR 型变星周期变化率的绝对值高一到两个数量级。它不仅脉动周期变化快，而且有效温度偏高、短波段脉动振幅偏小、光变曲线缺少隆起、视向速度变化大，与一般的天琴 RR 型变星有很大差异，可能是一颗 罕见的双星演化脉动天体，拥有一颗热亚矮星伴星 。
  
 据报道，相关成果已发表在国际权威期刊《美国天文学报》上，论文点此查看。

3. 云南天文台Ia型超新星前身星物质吸积机制研究获新进展

7月11日，美国《天体物理杂志通讯》（The Astrophysical Journal Letters, 772, L18）发表了中科院云南天文台钱声帮研究员和时光博士等在Ia型超新星前身星物质吸积机制研究方面获得的工作进展，并发现银河系中一百万年内即将爆炸的Ia型超新星前身星候选体。 
  
  Ia型超新星被誉为宇宙中的“标准烛光”。Ia型超新星的测距表明宇宙正在不断加速膨胀，揭示了宇宙中存在暗物质和暗能量。由于这一重大研究的取得，美国/澳大利亚的三位科学家萨尔·波尔马特、布莱恩·施密特和亚当·里斯获得了2011年的诺贝尔物理学奖。但是，其起源仍是天体物理中未解决的科学问题。 
  
  超软X-射线源被认为是Ia型超新星前身星最可能的候选体。它们是由一颗碳/氧（C/O）白矮星和伴星组成的密近双星系统。碳/氧白矮星吸积伴星的物质在表面发生稳定热核燃烧而产生超软X-射线（20~80eV）辐射，并使碳/氧白矮星的质量不断增大。当白矮星的质量增大到钱德拉塞卡极限（约为1.44倍太阳质量）时发生Ia型超新星爆炸。然而，产生这样的物理过程需要碳/氧白矮星每年从伴星吸积高达~10-7个太阳质量的物质。目前解释这类双星系统中存在如此高的吸积率的一个物理机制是：伴星天体被热源照射后产生辐射外流，从而向白矮星转移物质，这种机制预言双星系统轨道周期将不断增加。以往的研究认为，物质外流机制适用于轨道周期长于10小时，质量比较小的超软X-射线源。 
  
  半人马座WX是银河系中仅有的几个超软X-射线源之一，它是一颗轨道周期为10小时的南天区密近双星。物质外流机制预言这颗双星的轨道周期将长期增加。云南天文台钱声帮研究员和时光博士等利用阿根廷2.15米望远镜对半人马座WX进行监测，由掩食光变信号到达地球的时间探测出这个双星的轨道周期正在不断地减小，与预期的恰恰相反。这使得半人马座WX成为检验超软X-射线源中物质吸积机制的一个重要研究对象。揭示了物质外流机制不适用于轨道周期长于10小时的超软X-射线源，这类长周期超软X-射线双星的物质吸积应该是由洛希瓣物质转移驱动的。这意味着长周期超软X-射线双星中伴星的质量应该超过碳/氧白矮星的质量，伴星中大量物质不断通过内拉格朗日点流向白矮星。白矮星吸积丰富的物质，通过稳定的热核燃烧辐射超软X-射线，同时不断增加自身的质量，并将产生Ia型超新星。半人马座WX的轨道周期变化时标约为81万年，表明它可能是银河系中一百万年内将发生爆炸的Ia型超新星前身星候选体。 
  
  该成果得到国家自然科学基金重点项目的资助（批准号：11133007）。论文信息：Qian, S.-B.; Shi, G.; Fernández Lajús, E.; Di Sisto, R. P.; Zhu, L.-Y.; Liu, L.; Zhao, E.-G.; Li, L.-J., Is WX Cen a Possible Type Ia Supernova Progenitor with Wind-driven Mass Transfer? 2013, ApJ 772, L18.

4. 云南天文台活动星系核高能辐射机制研究获得新进展

近期，国际著名天体物理杂志《The Astrophysical Journal》（2013，ApJ, 773, 23）发表了云南天文台钟晓谷和王建成在活动星系核软X射线超辐射起源的研究工作。 
  
  活动星系核是一类非常特殊的河外天体，在小于秒差距（ 
     
  千米）的区域内就可以释放非常高的能量（可达到 
     
  焦耳/秒），远远大于一个正常星系所有恒星辐射的总能量（约为 
     
  焦耳/秒），它们是星系中央核区活动性很剧烈的区域，具有全波段的电磁辐射，如射电、红外、光学、X射线、伽玛射线等，其辐射能量远远超过了恒星内部核反应的产能。天文学家认为星系中心的超大质量黑洞吸积周围的物质形成吸积盘，通过吸积物质释放大量的引力能，作为巨大辐射能量的来源。 
  
  软X射线超是活动星系核高能辐射的重要组成部分，特别是一型的活动星系核(即吸积盘轴线与视线倾角小于90度的一类活动星系核) 有着明显的软X射线超现象。在软X射线波段，其辐射流量明显大于硬X射线波段流量，从谱型上看会形成一个突起，这便是软X射线超，但其起源问题一直没能得到有效的解决。 
     
  软X射线超辐射谱（十字叉为观测点） 
  
  通常认为软X射线超如同大蓝包一样起源于吸积盘的辐射，但是根据经典的吸积盘理论，要使吸积盘的辐射能够达到X射线波段的辐射，就要求中心黑洞质量很小，同时吸积盘吸积率接近爱丁顿吸积率。而观测发现存在明显软X射线超的源并没有严格服从这些条件；另外，观测发现软X射线超对应黑体谱的温度稳定，大致就在0.1-0.2KeV附近，这些表明经典吸积盘模型的解释存在困难。为此，人们相继提出了很多模型，如吸收反射模型、Slim盘模型、盘风模型、热康普顿模型等，但这些模型都存在一些困难，需要寻求其他的解决方案。 
  
  磁场普遍存在于各类天体中，研究工作考虑磁场的作用，提出了新的模型，即磁重联模型：在吸积盘的较差转动以及湍流的作用下，磁场不可避免的缠绕而产生磁重联。磁重联发生后，会产出激波和湍动波，它们将吸积盘中的热电子加速成非热电子，随后这些非热电子与来自吸积盘的软光子进行逆康普顿散射，产生软X射线辐射。模型成功拟合了25个活动星系核的软X射线超辐射谱，发现这些源磁能的转换效率较低，其深刻的物理本质有待进一步研究。

5. 云南天文台揭示射电噪活动星系核的演化模式

　近期，国际著名天体物理杂志《The Astrophysical Journal》（2017, ApJ, 846, 78）发表了中国科学院云南天文台袁尊理、王建成等人的研究工作，他们结合更全面的观测数据，充分考虑样本谱指数分布的影响，利用贝叶斯方法计算了活动星系核（AGN）的射电光度函数，发现射电噪AGN的演化遵从由密度演化和光度演化共同主导的混合演化模式，并给出了无量纲化的密度演化和光度演化（图1）。 
     
  　　图1. 无量纲化的密度演化和光度演化（取自原文） 
  
  　　密度演化反映了AGN的数目随红移的变化，而光度演化则描述了AGN的特征光度随红移的变化，二者反映物理上截然不同的两种演化机制，但是传统的射电光度函数模型难以区分密度演化和光度演化对AGN总体演化的具体贡献，即存在所谓的演化简并，而袁尊理等人提出的混合演化模型能自然而然地解除演化简并。 
  
  　　已有的研究发现射电噪AGN表现出光度依赖的演化特性，即低光度源的演化在红移为1左右趋于平缓甚至停止演化，而高光度源的强演化一直持续到红移为3左右。鉴于此观测现象，传统理论认为低光度和高光度的射电噪AGN具有不同的宇宙学演化。袁尊理等人提出低光度和高光度的射电噪AGN遵从同样的混合演化模式，其中低光度源对密度演化更敏感，而高光度源对光度演化更敏感，才造成“光度依赖的演化”的表象。混合演化模型不仅很好地符合观测到的射电光度函数（图2），而且能精确地预言多波段射电计数（图3）。 
     
  图2. 混合模型与观测到的射电光度函数对比（取自原文） 
     
  图3. 观测到的多波段射电计数与混合演化模型对比（取自原文） 
  
  原文链接：https://doi.org/10.3847/1538-4357/aa8463