云南天文台在氦星双星系统物质交换稳定性判据的研究上取得新进展

在密近双星演化过程中，很可能发生主星向伴星转移物质的情况。取决于双星系统的物理特征，物质交换可能会导向不同的结局，如共有包层和洛希瓣外流，从而产生各种各样的天体。

近期，中国科学院云南天文台博士生张力夫、研究员葛宏伟、陈雪飞、韩占文等人成功对氦星双星系统物质交换的稳定性进行了研究，并在国际天文学期刊《天体物理学报增刊》(The Astrophysical Journal Supplement Series)上发表了第四篇双星绝热物质损失稳定性的相关工作。这一工作利用绝热物质损失模型（Ge.et al模型），成功得到了氦星绝热物质损失过程，并获得了双星物质转移过程中重要的质量比判据。通过这一研究，我们可以判断双星系统进入共有包层过程的临界情况。

氦星是主要由氦元素构成并点燃的恒星（图一），光度和有效温度都很高。观测证据表明，相当比例的氦星都处于双星系统中。中低质量氦星（<10倍太阳质量）的诞生和演化与双星物质交换过程具有非常密切的关系，这些恒星在观测上对应O型和B型热亚矮星（Hot subdwarf），并普遍具有较短周期。预计这类天体很可能会经历双星物质交换，从而导致各种不同的天体形成。一部分简化的氦星双星演化通道如图一所示。

本工作系统性研究了0.35至10倍太阳质量，且不含氢的氦星的演化过程。利用绝热物质损失模型，研究人员给出了氦星在不同演化阶段时发生稳定物质交换的临界质量比（图二）。对比目前广泛使用的稳定性判据，研究发现：

（1）氦星主序阶段：物质交换稳定性显著低于原来的预期，将有更多系统进入共有包层演化过程，限制了该通道产生AM CVn型星的氦星质量上限。

（2）氦星巨星阶段：物质交换的稳定性变化较大，其演化末期存在稳定性高于预期的物质转移通道，有利于产生长周期X射线双星和Ia型超新星。

该研究首次细致地给出了氦星演化通道的稳定性分析，将对该通道双星星族合成研究提供系统性指导。

研究成果将有助于揭示氦星双星演化过程。并对氦新星、AM CVn型变星、致密X射线双星等重要天体的形成提供新的图景。 该研究成果受基金委基础科学中心项目和重点研发等项目的资助。

图一：氦星-致密星双星通道演化示意图。HeMS—氦主序，HeGB—氦巨星，WD—白矮星，NS—中子星。

图二：质量比判据与双星周期的关系。灰色虚线表示多方模型（Polytropic model）预期给出的质量比判据。Zhang.et al 2024