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1.5 程序计算白矮星参数列表

前文各小节简要介绍了白矮星的质量、半径、有效温度、重力加速度、光度、年龄、自转和磁场。本小节将展示由WDEC(2018)加MESA(8118)程序演化的不同参数的DB型脉动白矮星和DA型脉动白矮星的参数列表,使读者对白矮星各个宏观参数有具体的认识。该演化程序将在第7章中详细介绍。该程序演化的目标白矮星是一维的,不包含白矮星的自转,也不包含白矮星的磁场。

表1.2为DB型脉动白矮星宏观参数列表。演化表1.2中的DB型脉动白矮星时,包层质量取白矮星质量的百分之一,氦大气质量取白矮星质量的百万分之一,混合长参数取1.25。表1.3为DA型脉动白矮星宏观参数列表。演化表1.3中的DA型脉动白矮星时,包层质量取白矮星质量的百分之一,氦质量取白矮星质量的千分之一,氢大气质量取白矮星质量的亿分之一,混合长参数取0.6。

表1.2 程序演化的DB型脉动白矮星宏观参数列表

表1.3 程序演化的DA型脉动白矮星宏观参数列表

(续表)

仔细观察表中的数据可以初步得出如下结论:

1. 随着白矮星的演化,有效温度在降低,年龄在增加,光度在降低。

2. 随着白矮星的演化,白矮星在缓慢地收缩即半径在不断减小。

3. 随着白矮星的演化,白矮星的重力加速度在缓慢地增加。

4. 质量越大的白矮星半径越小,进而重力加速度越大。

5. 有效温度相同时,质量越大的白矮星半径越小,进而光度越低。

上述物理规律将在后续章节中逐步讲解,届时,读者对它们将有更深刻的理解。本章简要介绍了白矮星的基本参数。最后,我们以NASA官网公布的哈勃空间望远镜拍摄的行星状星云IC 418的照片结束本章(图1.6)。该行星状星云中心的恒星将会演化成一颗白矮星。

图1.6 哈勃空间望远镜拍摄的行星状星云IC 418 gXSTYmJHKbU1G4NOzOFSdDtlP1ef/k6so7RbnohfD1eM6xmrGK2JN+oWTnBg/5Wg



第2章
白矮星光谱

上一章节中介绍了白矮星的典型参数,本章将从白矮星光谱的分类和白矮星光谱的拟合两个方面整体介绍白矮星光谱。 gXSTYmJHKbU1G4NOzOFSdDtlP1ef/k6so7RbnohfD1eM6xmrGK2JN+oWTnBg/5Wg



2.1 白矮星光谱的分类

第1章中的图1.3下横坐标展示了恒星的光谱型。本小节将详细介绍白矮星的光谱分类。表2.1为白矮星光谱的分类及对应光谱的主要特征 [22]

表2. 1 白矮星光谱的分类及对应光谱的主要特征 [22]

表面富含氢大气的白矮星称为DA型白矮星,该类型白矮星大约占白矮星总数的80%,在白矮星有效温度的高温端到低温端(约150 000K~4 000K)均有分布。图2.1是来自SDSS SkyServer DR7/tools/Visual Tools/Quick Look路径,通过赤经赤纬搜索下载的DA型脉动白矮星GD 154的光谱。天体的坐标可以通过SIMBAD Astronomical Database网站查询获得。图中的巴尔末吸收线非常明显,如H α (氢原子中的电子从n=3的能级跃迁到n=2的能级),H β (氢原子中的电子从n=4的能级跃迁到n=2的能级),H γ (氢原子中的电子从n=5的能级跃迁到n=2的能级)等。图中光谱的波长范围大约是3 800埃到9 200埃,长波段除了吸收线外呈现良好的连续谱。

图2.1 来自SDSS DR7中的DA型脉动白矮星GD 154的光谱

表面富含中性氦大气的白矮星称为DB型白矮星。该类型白矮星的有效温度范围大约是32 000K~12 000K。图2.2是来自SDSS DR7中的DB型脉动白矮星CBS 114的光谱,图中光谱的波长范围大约是3 800埃到9 200埃。氦原子包含两个核外电子(费米子),由费米子组成的体系的波函数必须是反对称的。总的波函数是坐标函数和自旋函数的乘积,两电子自旋相互反平行的态为独态,相互平行的态为三重态,氦原子的光谱比氢原子的光谱复杂 [23]

图2.2 来自SDSS DR7中的DB型脉动白矮星CBS 114的光谱

图2.3为Beauchamp等人得到的8颗DB型脉动白矮星的可见光波段光谱 [24] 。这8颗星的光谱波长范围约为3 700埃~5 100埃,其中7颗星位于北天区,EC 20058-5234位于南天区。在EC 20058-5234的短波端波长小于4 100埃处出现了仪器设备的问题 [24] 。不考虑EC 20058-5234的短波端仪器设备问题,这8颗DB型脉动白矮星的光谱图像大致相同,吸收线的宽度、深度、位置均大致相同,感兴趣的读者可以根据量子力学知识详细计算与吸收线波长相对应的能级跃迁情况。

图2.3 Beauchamp等利用光谱观测获得的8颗DB型脉动白矮星光谱 [24]

表面富含电离氦大气的白矮星称为DO型白矮星,也可能含有He I线和H线,有的也可能含有C线和O线。该类型白矮星的有效温度范围一般在180 000K~45 000K内。图2.4是Jahn等利用哈勃空间望远镜和远紫外分光探测器(Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer,FUSE)对DO型脉动白矮星PG 1159-035的高精度紫外观测得到的光谱以及拟合光谱图 [25] 。图2.4中波长范围是910埃~1 730埃,可以看出DO型脉动白矮星PG 1159-035的光谱中包含丰富的He II线、C线和O线。数据分析表明,该星大气成分中He的质量分数约为33%,C的质量分数约为50%,O的质量分数约为17% [25]

对于表2.1中其他光谱类型的白矮星,这里不再一一介绍。另外,用字母“V”来表示变星。有关脉动白矮星的知识将在后续章节中陆续介绍。

图2.4 来自哈勃空间望远镜和远紫外分光探测器对DO型脉动白矮星PG 1159-035的高精度紫外观测光谱以及拟合光谱图 [25] gXSTYmJHKbU1G4NOzOFSdDtlP1ef/k6so7RbnohfD1eM6xmrGK2JN+oWTnBg/5Wg

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