BeX 射线双星的多波段研究

Be/X射线双星是大质量 X 射线双星的重要组成部分，它是由一颗 Be 星和一颗致密星组成的双星系统。在 Be/X 射线双星系统中存在两种不同类型的盘，一个是 Be星周围的星周盘，另外一个是中子星周围的吸积盘，Be/X射线双星是同时研究这两类盘的理想实验室。关于 Be星周围星周盘的形成机制目前尚不明确，一般认为可能和 Be星的高速旋转有关。Be/X射线双星表现有两种不同的X射线爆发：I型X射线爆发和II型X射线爆发。关于Be/X射线双星的爆发机制目前还有争论，但一般认为它和Be星的活动性有关。Be/X射线双星的轨道一般比较扁长，当中子星运动到近星点的时候，中子星可以进入Be星的恒星大气，吸积率增加，此时可以形成I型X射线爆发，但是并不是中子星每次经过近星点都会发生X射线爆发，这和Be星的星周盘的大小有关。因此通过对Be星的光谱观测，可以了解Be星的活动和辐射状态，从而可以解释致密星的X射线活动。此外，正是由于致密星的存在，Be星的星周盘可以消失，然后再逐渐形成，这给我们研究Be星星周盘的形成和演化提供了良好的机会。

取得的成果：

自1992年开始，紫金山天文台刘庆忠研究员领导的研究团队便开始利用兴隆基地的2.16米望远镜对一批Be/X 射线双星进行长期的监测，目前在这方面的研究已经取得了一系列重要进展。

A 0535+26是一颗轨道周期为111.1天、轨道偏心率为0.47的Be/X射线双星。图 1表明这颗 Be/X 射线双星自1989年以来经历了四次 II 型 X 射线爆发和多次 I 型 X 射线爆发（分别对应于图中的长箭头和短箭头），给该研究团队了一个绝佳的机会去研究星周盘的状态和 X 射线爆发之间的耦合关系。通常认为V 波段光学辐射的变化主要源自星周盘内区的变化，而整个星周盘都对 Ha发射线的辐射有贡献。该团队的研究结果表明每次 II 型 X 射线爆发都发生在系统光学光度下降的过程之中。该研究团队在2009年的 II型 X 射线爆发之前观测到了系统近20多年来最强的 Ha辐射，而此时的系统的光学光度正在下降过程中，这种 Ha等值宽度上升和光学光度下降的逆相关关系，我们把它解释为 Be星物质喷发的结果，正是这个物质喷发才触发了一系列的 X射线爆发行为，这一研究结果发表在 2012年的ApJ（Yan et al. 2012a）。类似的观测现象也在 Be/X射线双星 MXB 0656-072中观测到（Yan et al. 2012b）。

图 1 Be/X 射线双星 A 0535+26的 V 星等和 Ha 等值宽度的变化曲线。上图中长、短箭头分别对应 II型和 I 型 X 射线爆发的峰值时刻，虚线对应中子星经过近星点的时刻

此外该研究团队最近在另外一颗 Be/X 射线双星RX J0440.9+4431中也观测到了类似的现象。图 2中的虚线表示三次连续的 X 射线爆发的峰值时刻，它们发生在系统光学光度下降的过程之中，而此时的Ha辐射强度达到了近二十年来最高的水平。光学光度的下降我们解释为Be星停止物质损失，使得星周盘的内区密度降低甚至变空，但是之前的喷发的物质会继续向外运动，使得星周盘不断变大，这样可以解释不断增强的Ha辐射。也正是之前的物质喷发才导致了后面三次连续的 X 射线爆发。这一研究结果发表在2016年的 AJ（Yan et al. 2016）

图 2 Be/X射线双星RX J0440.9+4431的 V 波段光度和 Ha 等值宽度的变化曲线，其中虚线表示三次 X 射线爆发的峰值时刻

作为一颗具有稳定 X 射线辐射的 Be/X 射线双星， X Per的轨道比较圆，系统的 X 射线辐射并没有表现出其它Be/X 射线双星所具有的 I 型 X 射线爆发。图 3是X Per的 X射线光变曲线以及 V 星等、一些发射线的等值宽度的长期变化。研究表明 X Per 的 X 射线辐射并不是一直不变的，它表现有长期的 X 射线 flare 现象，这些都可能和它的光学变化存在一定的相关关系，但是这种相关关系存在一定的时间延迟，这是由于物质从 Be 星表面输运到中子星所在的轨道或者 Be 星的洛希瓣内拉格朗日点处需要一定的时间，这样我们就可以利用中子星的吸积来探测星周盘中物质输运过程，限制星周盘的粘滞系数。图 312也表明 X Per 的Ha等值宽度在该研究团队2010年的观测中观测到了最近24年来最强的辐射。这一研究成果发表在2014年的 AJ（Li et al. 2014）。

图 3 X Per的 X 射线、光学光变曲线以及发射线等值宽度的变化曲线

该研究团队利用兴隆基地的2.16米望远镜对一批 Be/X 射线双星进行长期的监测，可以研究Be 星星周盘的状态，以及它的变化和系统X 射线辐射之间的相关关系，有助于天文学家了解 Be 星星周盘的形成和演化、研究致密星的物质吸积环境、解释 Be/X 射线双星 X 射线爆发的具体机制。该研究团队在相关领域已经发表6篇高质量的学术论文，目前已经得到同行近40篇的引用。相关的研究仍在进行当中。

相关论文列表：

[1] Long-term Optical Studies of the Be/X-Ray Binary RX J0440.9+4431/LS V+44 17. Yan, Jingzhi; Zhang, Peng; Liu, Wei; Liu, Qingzhong, 2016, AJ, 151, 104.

[2] Long-term Optical Observations of the Be/X-Ray Binary X Per .Li, Hui; Yan, Jingzhi; Zhou, Jianeng; Liu, Qingzhong, 2014, AJ, 148, 113.

[3] Multi-wavelength Study of the Be/X-ray Binaries. Yan, J. Z., Li, H., Zhou, J. N., and Liu, Q. Z., 2013, IAUS, 290, 351.

[4] X-Ray and Optical Observations of A 0535+26. Camero-Arranz, A.; Finger, M. H.; Wilson-Hodge, C. A.; Jenke, P.; Steele, I.; Coe, M. J.; Gutierrez-Soto, J.; Kretschmar, P.; Caballero, I.; Yan, J. Z. et al., 2012, ApJ, 754, 20.

[5] Multi-wavelength Study of the Be/X-ray Binary: MXB 0656-072. Yan, J. Z., Zuruta Heras, J. A., Chaty, S., Li, H and Liu, Q.Z. 2012, ApJ, 753, 73.

[6] Discrete Mass Ejections from the Be/X-ray Binary A0535+26/HD245770. Yan, J. Z., Li H., and Liu Q.Z. 2012, ApJ, 744, 37.