详尽大质量双星演化的演化星族合成模型和星系演化链

Massive stars are the most important objects in galaxy evolution. Observations found that most of massive stars are in binary systems (2/3~1), and theory predicts that binary evolution can produce different amounts of elements, ejected energy and momentum as expected from single star evolution. Sana (2012) has predicted that ~75 per cent of binaries in clusters would experience merge, accretion & spin up or common envelope and envelope-stripping processes, this would affect some physical processes during galaxy evolution and the evolutions of some galaxy types...So far, there is not a self-consistent binary evolution library, which includes all kinds of binary systems and uses the detailed binary evolutionary results. The binary evolutionary results are detailed for a given type or analytic for all binary types, the direct combination of some detailed binary evolutionary results would lead to non-self-consistency. Moreover, there are not the evolutionary population synthesis (EPS) and galaxy models based on the above binary evolution library and observed binary fraction and distributions. Binary theory has made great processes during the past decades, and the time is ripe for applying them to the galaxy field. This project is to build a self-consistent binary evolution library, which includes all kinds of binaries and uses detailed binary evolutionary results, to construct EPS models based on the above results and observed binary fraction and distributions, and to study the physical processes (gas-cooling, feedback, etc.) during the galaxy evolution and the evolutions for some galaxy types (low-mass, low-redshift metal-rich, short-timescale, etc.).

大质量恒星是星系演化中最重要的恒星类型之一。观测发现大质量恒星多属于双星系统(2/3～1), 模型预言某些双星在演化中产生的元素、能量和动量等完全不同于单星。Sana曾预言星团中～75%的双星会发生并合、吸积加速或包层剥离等，这将影响星系演化中的一些物理过程和一些星系的演化。..然而迄今没有囊括各种类型的、利用详尽结果的自洽双星演化库，双星演化结果要么是单一类型的详尽的，要么是所有类型的分析的，直接拼接利用各类双星的详尽演化结果会不自洽。另外没有据此的、符合观测双星比例和分布的演化星族合成EPS模型和双星对星系物理过程影响的研究。双星演化理论已经得到了充足发展，将其应用到星系研究领域的时机已成熟。本项目研究内容是建立一个含各种类型的、利用详尽结果的自洽双星演化库、据此构建符合观测双星比例和分布的EPS模型、研究星系演化中的气体冷却和反馈等物理过程，小质量、低红移富金属和短时标等星系的演化。

演化星族合成(EPS)方法是星团和星系研究的重要工具之一。然而迄今没有囊括各种类型的、利用详尽结果的自洽双星演化库。另外没有据此的、符合观测双星比例和周期分布的演化星族合成和星系演化模型，没有双星演化对星系物理过程影响的研究。基于演化星族合成模型预言的双中子星并合率密度比LIGO/Virgo预言低2-3量级。最后在演化星族合成模型中，经验光谱内差程序没有公开。.首先，我们利用MESA恒星演化程序得到了一些大质量双星的详尽演化结果。（2）根据观测，我们在演化星族合成模型中修改了双星比例和周期分布，它们是恒星类型的函数。（3）研究了双星相互作用对确定星系各种参数的影响，发现加入双星可以使星系的恒星金属丰度和/或年龄，恒星总质量增大，气态金属丰度和恒星形成率变小。这意味着星系在近期相对不活跃，但是在早期较活跃。如果考虑双星，中等年龄星族也可能是HII区的中心电离源。（4）建立了含双星演化的星系演化模型，研究了双星演化对星系光度函数影响，预言了宇宙的千新星事件。模型得到的双致密天体并合率密度、平均的r过程A>79元素产出和观测一致。另外，我们也利用经验的恒星形成率和红移关系，分析了双致密天体的并合率密度，模型结果可以和观测相符，并断定 NGC4993中的GW170817双中子并合不是偶然事件。（5）利用径向基函数，我们给出了经验光谱内差算法，结合SPH算法中的平滑长度概念，修改了表征影响区域的物理量,并释放了程序。（6）研究了环境对星系长期演化的影响。最后结合星系的恒星金属丰度，部分解除了星系中内落和外流物质比例的简并。