中科院云南天文臺(tái)天體物理專業(yè)與研究方向簡(jiǎn)介

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• 中科院云南天文臺(tái)2026考研專業(yè)課復(fù)習(xí)資料「真題▪筆記▪講義▪題庫(kù)」

天體物理專業(yè)(學(xué)術(shù)型)

【恒星研究領(lǐng)域】

1.雙星演化的基本物理過(guò)程

天空中的恒星大約一半屬于雙星，大質(zhì)量恒星中雙星的比例可高達(dá)百分之七十。雙星的兩子星在引力的作用下互相繞轉(zhuǎn)，并發(fā)生相互作用，使得雙星演化與單星演化截然不同。雙星演化解釋了恒星世界的絕大多數(shù)謎團(tuán)，可以形成一些重要天體如Ia型超新星、恒星級(jí)雙黑洞等，與宇宙學(xué)和引力波天文學(xué)密切相關(guān)。潮汐和物質(zhì)交換是雙星中最常見(jiàn)的相互作用。雙星間物質(zhì)交換的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性，以及動(dòng)力學(xué)非穩(wěn)定時(shí)形成的公共包層及演化過(guò)程是雙星演化理論中兩個(gè)基本未解問(wèn)題。該研究方向主要通過(guò)建立物理模型來(lái)研究雙星的兩個(gè)基本未解問(wèn)題，同時(shí)研究非守恒物質(zhì)交換(一顆恒星丟失的物質(zhì)不能被另一顆恒星完全吸積)、角動(dòng)量損失方式、星風(fēng)吸積等雙星間發(fā)生的一些物理過(guò)程。目前，云南天文臺(tái)大樣本恒星演化團(tuán)組成員建立了恒星絕熱物質(zhì)損失模型和熱平衡模型，將雙星快速物質(zhì)損失過(guò)程中的物理結(jié)構(gòu)變化與軌道系統(tǒng)的演化、物質(zhì)交換的邊界條件假設(shè)等分離，降低了研究雙星快速物質(zhì)交換問(wèn)題時(shí)的難度和維度。

2.雙星星族合成

雙星星族合成是指根據(jù)恒星(雙星)演化的一般規(guī)律，同時(shí)演化數(shù)百萬(wàn)顆恒星，得到某類或某幾類恒星的總體特征，并同時(shí)追蹤某些復(fù)雜恒星系統(tǒng)的個(gè)體行為。上世紀(jì)90年代，隨著國(guó)際天文觀測(cè)手段和方式的巨大改變,雙星星族合成研究得到發(fā)展，并逐漸成為恒星研究一個(gè)重要學(xué)科分支。目前，雙星星族合成是大數(shù)據(jù)時(shí)代下研究特殊恒星的普適方法。云南天文臺(tái)大樣本恒星演化組是雙星星族合成研究的開(kāi)拓者之一，在世界上對(duì)雙星星族合成的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)，利用雙星星族合成方法在鋇星、熱亞矮星、Ia型超新星前身星、X射線雙星等特殊恒星的研究上取得了國(guó)際領(lǐng)先的研究成果，并推動(dòng)了雙星在星族、星系研究中的應(yīng)用。

3.演化星族合成

由于星系距離遙遠(yuǎn)難以直接分解為恒星，只有通過(guò)比較各種星族組分的合成效果同星系的積分測(cè)光和分光特性來(lái)確定其星族組成。演化星族合成法是利用恒星演化理論得到星團(tuán)或星系中具有各種初始質(zhì)量和化學(xué)成分的恒星在赫羅圖上隨時(shí)間的分布，并將每時(shí)刻光度、有效溫度等物理量通過(guò)恒星光譜庫(kù)轉(zhuǎn)化為觀測(cè)特征量，然后在初始質(zhì)量函數(shù)和恒星形成率等基本假設(shè)下，按照一定算法得到星團(tuán)或星系的光譜等積分特性隨時(shí)間的演化。云南天文臺(tái)的演化星族合成模型和方法研究始于2000年，率先在模型中包含了雙星(2004年，Yunnan 模型)，比國(guó)際上早4-5年。雙星相互作用會(huì)產(chǎn)生一些溫度非常高的天體。這些天體對(duì)星族積分光譜的短波部分有重要貢獻(xiàn)。近年來(lái)，Yunnan模型被不斷改進(jìn)和優(yōu)化，加入了動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，被應(yīng)用于近鄰星系研究，包括星系參數(shù)確定、星系形成、演化、HII區(qū)等。

4.基于LAMOST、CSST的雙星科學(xué)研究

我國(guó)自主研制的大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡(LAMOST)理想狀態(tài)下可以同時(shí)觀測(cè)4000個(gè)目標(biāo)源。截止2019年3月，LAMOST已經(jīng)發(fā)布了1125萬(wàn)條光譜數(shù)據(jù)(DR6)，其中高信噪比光譜(S/N>10)達(dá)到937萬(wàn)條，并同時(shí)發(fā)布了世界上最大的、包括636萬(wàn)組恒星參數(shù)的星表。中國(guó)空間站多功能光學(xué)設(shè)施(CSST)預(yù)計(jì)2024年發(fā)射，波長(zhǎng)覆蓋范圍為255-1000 nm，有望在十年巡天的時(shí)間里獲取數(shù)十億恒星的測(cè)光數(shù)據(jù)和數(shù)億條恒星光譜。CSST的高空間分辨率和極深的巡天深度，使得我們不僅對(duì)銀河系，還可對(duì)仙女座星系、三角座星系等數(shù)百個(gè)近鄰星系中的單顆恒星進(jìn)行觀測(cè)。該研究方向主要是通過(guò)LAMOST二期中分辨率光譜巡天5年的觀測(cè),對(duì)雙星比例、雙星的軌道周期分布、質(zhì)量比分布及其對(duì)金屬豐度、恒星光譜型的依賴關(guān)系給出全面的統(tǒng)計(jì)分析�；�于CSST參數(shù)設(shè)置，開(kāi)展CSST雙星科學(xué)預(yù)研究，包括雙星族的基本性質(zhì)、光譜雙星、雙星演化形成的特殊恒星、超高速星等。

5.Ia型超新星前身星及爆炸

人們通過(guò)Ia型超新星測(cè)距，發(fā)現(xiàn)宇宙在加速膨脹，推出了暗能量的存在�，F(xiàn)在，人們正在利用Ia型超新星測(cè)量暗能量的物態(tài)方程及其隨時(shí)間的演化。同時(shí)，Ia型超新星還被用來(lái)驗(yàn)證廣義相對(duì)論的基本假設(shè)，Ia型超新爆炸是星系化學(xué)演化中鐵元素的主要來(lái)源。物理本質(zhì)上，Ia型超新星來(lái)自于碳氧白矮星的熱核爆炸。恒星演化形成的白矮星的質(zhì)量峰值在0.6個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量附近，遠(yuǎn)低于白矮星的最大穩(wěn)定質(zhì)量(錢德拉塞卡質(zhì)量極限附近)。因此，白矮星需要增加質(zhì)量，達(dá)到最大穩(wěn)定質(zhì)量極限時(shí)，在內(nèi)部點(diǎn)燃了不穩(wěn)定的熱核燃燒，生成了大量的56Ni，并瞬間將整個(gè)白矮星炸碎。白矮星的質(zhì)量增加過(guò)程(前身星問(wèn)題)和爆炸過(guò)程是目前Ia型超新星研究領(lǐng)域最核心的問(wèn)題。云南天文臺(tái)的Ia型超新星研究主要有恒星的初始-終止質(zhì)量關(guān)系(該關(guān)系決定了白矮星誕生時(shí)的質(zhì)量)、白矮星吸積模型和質(zhì)量增長(zhǎng)過(guò)程、Ia型超新星爆炸拋射物與伴星的相互作用等。

6.致密天體引力波源(恒星級(jí)雙黑洞、雙中子星、雙白矮星等)

1915年，愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論預(yù)言了引力波的存在。引力波是物質(zhì)和能量劇烈運(yùn)動(dòng)和變化能產(chǎn)生一種物質(zhì)波，被稱為時(shí)空的漣漪。2015年9月，人類首次成功捕獲到了恒星級(jí)雙黑洞并合產(chǎn)生的引力波信號(hào)，標(biāo)志著引力波探測(cè)天文學(xué)的開(kāi)啟。在未來(lái)會(huì)有越來(lái)越多的引力波探測(cè)器，例如，歐洲的LISA、日本的KAGRA、中國(guó)的天琴、太極。致密雙星系統(tǒng)是一類重要的引力波源，這類雙星主要包括：雙黑洞、雙中子星、雙白矮星、中子星-黑洞雙星、白矮星-中子星雙星等。這些天體，特別是黑洞、中子星，由于電磁輻射少，不易被探測(cè)到，目前探測(cè)的數(shù)量比較少。引力波探測(cè)提供了一種新的探測(cè)手段。隨著引力波時(shí)代的全面到了，我們可以期待能探測(cè)到大量這些天體。致密雙星是恒星(雙星)演化的產(chǎn)物，引力波探測(cè)到大量的致密星，給恒星和雙星演化提供了大量的研究對(duì)象，推動(dòng)恒星和雙星演化理論的發(fā)展。大樣本恒星演化團(tuán)組在此研究方向的研究主要包括大質(zhì)量恒星和雙星演化、雙致密星的形成以及其星族合成研究。

7.特殊恒星(毫秒脈沖星、X射線雙星、新星、熱亞矮星、藍(lán)離散星)

宇宙中一些特殊的恒星徹底顛覆了人們對(duì)恒星的很多印象。有“宇宙燈塔”之稱的脈沖星可以發(fā)出類似人類“脈搏”的射電信號(hào)，該信號(hào)曾被認(rèn)為可能來(lái)自外星人。有一些脈沖星的自轉(zhuǎn)周期可以達(dá)到毫秒級(jí)。太空中有類似“超級(jí)CT機(jī)”的X射線雙星，黑洞或中子星吸積伴星物質(zhì)從而產(chǎn)生超強(qiáng)的X光。中國(guó)古代“客星”(現(xiàn)代天文稱為新星)，能夠突然出現(xiàn)并在一段時(shí)間后消失。恒星在演化過(guò)程中可以將整個(gè)外包層遺失變成溫度高、體積小的熱亞矮星，為年老的橢圓星系提供紫外輻射。被西方媒體稱為“吸血鬼恒星”的藍(lán)離散星，通過(guò)吸積伴星的物質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)自己的“返老還童”。這些特殊恒星一般都與雙星演化相關(guān)。特殊恒星為完善和檢驗(yàn)恒星演化和雙星演化理論作出了巨大貢獻(xiàn)。該研究方向主要是通過(guò)雙星演化理論和雙星星族合成來(lái)研究特殊恒星的形成和演化。

8.恒星的誕生、死亡與天體化學(xué)

我們?cè)阢y河中看到的恒星大都是一個(gè)個(gè)熾熱的星球，但是它們都誕生于稠密分子云中的低溫氣體和塵埃。在它們恒星生命的最后階段，它們又將以低溫氣體和塵埃的形式將很大一部分核燃燒的灰燼反饋回星際空間。在恒星的生與死這兩個(gè)關(guān)鍵階段，它們都宿命般地與低溫星際介質(zhì)相遇，完成一個(gè)生命循環(huán)，并呈現(xiàn)為銀河系中明亮的紅外和毫米波輻射源。在恒星形成區(qū)的星際氣體塵埃云和演化晚期恒星的星周氣體塵埃包層中，都發(fā)生著豐富的分子化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，并在天文觀測(cè)中產(chǎn)生眾多的分子譜線的輻射或吸收特征，成為示蹤這些低溫氣體結(jié)構(gòu)的物理化學(xué)狀態(tài)的極佳探針。云南天文臺(tái)大樣本恒星演化組利用智利北部絕佳天文觀測(cè)臺(tái)址上的世界頂級(jí)望遠(yuǎn)鏡，比如ALMA、VLTI等，開(kāi)展對(duì)分子云、恒星形成區(qū)、演化晚期恒星，以及其中的天體化學(xué)現(xiàn)象的觀測(cè)研究，解決低溫氣體和塵埃物質(zhì)領(lǐng)域內(nèi)的前沿科學(xué)問(wèn)題，包括銀河系太陽(yáng)附近的中小質(zhì)量恒星成團(tuán)形成的模式和驅(qū)動(dòng)機(jī)制、恒星演化晚期強(qiáng)大星風(fēng)物質(zhì)外流的驅(qū)動(dòng)機(jī)制和規(guī)律等。

9.雙星與變星

雙星和變星均為宇宙中重要的時(shí)變天體。雙星是天體物理研究的“實(shí)驗(yàn)室”，同時(shí)也是尋找系外行星和獨(dú)特演化黑洞等的重要場(chǎng)所。當(dāng)各種類型的天體如巨星、白矮星、中子星和黑洞等是密近雙星的成員時(shí)，可為研究這些類型的天體提供有利條件。另外，當(dāng)聚星、星團(tuán)和河外星系等中出現(xiàn)密近雙星和變星時(shí)，可以把它們的起源和這些天體系統(tǒng)的形成等研究結(jié)合起來(lái)。因此，雙星與變星是天體物理中最具科學(xué)潛力和智力挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域之一。主要研究?jī)?nèi)容如下：以雙星和變星為探針?biāo)褜ず脱芯开?dú)特演化的中子星和宇宙中潛伏的黑洞;重要演化階段上晚型潮汐磁鎖定雙星的觀測(cè)研究;激變雙星和X射線雙星等爆發(fā)天體的觀測(cè)和研究。雙星環(huán)境下褐矮星和系外行星的系統(tǒng)搜尋;聚星、星團(tuán)和河外星系中的密近雙星和脈動(dòng)變星的觀測(cè)研究;大質(zhì)量雙星的觀測(cè)與系統(tǒng)研究;Ia型超新星和γ射線暴前身星的搜尋等。

【太陽(yáng)研究領(lǐng)域】

太陽(yáng)是離地球最近并且對(duì)人類最重要的一顆恒星，直接影響著現(xiàn)代人類的宜居生存環(huán)境。以磁場(chǎng)活動(dòng)為特征的太陽(yáng)爆發(fā)會(huì)引起地球空間環(huán)境的重大變化。日冕物質(zhì)拋射形成的高密度、高速度的等離子體流及其形成的激波到達(dá)地球附近后，可引起地球磁層、電離層以及地磁場(chǎng)的激烈變化，形成災(zāi)害性空間天氣，對(duì)日益依賴于衛(wèi)星通訊、空間觀測(cè)和石油電力輸運(yùn)的現(xiàn)代化社會(huì)產(chǎn)生危害性的影響。太陽(yáng)也是唯一能讓我們直接觀測(cè)到磁結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的恒星。對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)規(guī)律和機(jī)制的研究結(jié)果和研究方法也可以推廣到其它天體磁活動(dòng)現(xiàn)象的研究中, 對(duì)這些領(lǐng)域中的研究具有重要的指導(dǎo)意義。因此，開(kāi)展對(duì)太陽(yáng)物理的研究，不但對(duì)科學(xué)研究，而且對(duì)社會(huì)、國(guó)防和國(guó)民經(jīng)濟(jì)都具有非常重要的意義。

云南天文臺(tái)太陽(yáng)物理研究?jī)?nèi)容包括：太陽(yáng)磁活動(dòng)及爆發(fā)的觀測(cè)研究、日冕磁場(chǎng)測(cè)量、太陽(yáng)活動(dòng)的磁流體動(dòng)力學(xué)(MHD)數(shù)值模擬、以及太陽(yáng)的周期性變化。太陽(yáng)活動(dòng)和爆發(fā)起源于太陽(yáng)磁場(chǎng)的變化和日冕磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)失去平衡，是太陽(yáng)大氣中磁場(chǎng)與磁場(chǎng)、磁場(chǎng)與等離子體之間相互作用的結(jié)果和外在表現(xiàn)。其本質(zhì)是磁場(chǎng)能量與其它能量之間的的轉(zhuǎn)換。對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)和爆發(fā)的研究涉及四個(gè)方面：爆發(fā)前后磁場(chǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化、能量轉(zhuǎn)換和磁能儲(chǔ)存;磁重聯(lián)的物理本質(zhì);耀斑和CME 的動(dòng)力學(xué)過(guò)程;CME 及行星際激波的傳播和演化。

對(duì)太陽(yáng)周期性變化的研究主要以統(tǒng)計(jì)的方式進(jìn)行。利用統(tǒng)計(jì)的方法尋找信號(hào)的周期和尋找周期性信號(hào)在太陽(yáng)物理研究領(lǐng)域內(nèi)是一項(xiàng)經(jīng)典的工作，是最受關(guān)注與重視的太陽(yáng)物理研究工作之一。隨著太陽(yáng)觀測(cè)數(shù)據(jù)的急劇增加和數(shù)學(xué)處理方法與分析手段的不斷進(jìn)步發(fā)展，這一工作變得越來(lái)越復(fù)雜與日益重要。作為“等離子體實(shí)驗(yàn)室”與恒星樣本的太陽(yáng)，研究其活動(dòng)與變化的周期性有著重要的意義。太陽(yáng)是日地空間環(huán)境的主宰，有些太陽(yáng)活動(dòng)周期在地球上有著明顯的反映，如備受關(guān)注的全球變暖問(wèn)題就與太陽(yáng)11年的活動(dòng)周期關(guān)系密切。

【高能天體研究領(lǐng)域】

高能天體物理是研究發(fā)生在宇宙天體上的高能現(xiàn)象和高能過(guò)程的學(xué)科，它所涉及的能量同物體靜止質(zhì)量的能量相當(dāng)，并有高能粒子或高能光子參與。隨著空間技術(shù)和基本粒子探測(cè)技術(shù)在天文觀測(cè)中的廣泛應(yīng)用，以及高能物理對(duì)天體物理的不斷滲透，高能天體物理已成為天文學(xué)的研究前沿之一，云南天文臺(tái)有高能天體物理的研究隊(duì)伍，開(kāi)展如下研究，取得重要研究進(jìn)展和成果。

1.脈沖星的研究

脈沖星與類星體、宇宙微波背景輻射、星際有機(jī)分子，并稱為20世紀(jì)60年代天文學(xué)“四大發(fā)現(xiàn)”。一般認(rèn)為，脈沖星是快速旋轉(zhuǎn)的具有強(qiáng)磁場(chǎng)的中子星。在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的荷電粒子產(chǎn)生同步-曲率輻射，形成一個(gè)與中子星一起轉(zhuǎn)動(dòng)的輻射波束。當(dāng)這一波束掃過(guò)地球時(shí)，我們就可以觀測(cè)到一個(gè)脈沖信號(hào)，這稱為“燈塔”效應(yīng)。

目前已觀測(cè)發(fā)現(xiàn)了約3000顆脈沖星，其中大部分是孤立的，僅有200多顆存在于雙星系統(tǒng)中。根據(jù)輻射能段的不同，脈沖星可分為射電脈沖星、X射線脈沖星和γ射線脈沖星等。目前在軌的Fermi伽瑪射線望遠(yuǎn)鏡已探測(cè)到了250多顆伽瑪脈沖星，其中首次確立了毫秒脈沖星是強(qiáng)伽瑪輻射源，對(duì)脈沖星輻射理論模型提供了強(qiáng)有力的約束和限制。中國(guó)的500米FAST射電望遠(yuǎn)鏡是目前世界上最大最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡，目前已發(fā)現(xiàn)了幾百顆全新的脈沖星。脈沖星也是在建和未來(lái)大型觀測(cè)設(shè)備(如LHAASO和CTA)的主要觀測(cè)對(duì)象，有望探測(cè)到一批在甚高能波段具有脈沖輻射的脈沖星。

脈沖星的發(fā)現(xiàn)證實(shí)了對(duì)中子星的預(yù)言，在認(rèn)知中子星產(chǎn)生的主要機(jī)制、尋找太陽(yáng)系外行星系統(tǒng)、研究星際介質(zhì)、“脈沖星”鐘等方面都有重要的應(yīng)用。脈沖星具有超強(qiáng)的磁場(chǎng)和引力場(chǎng)，被當(dāng)作天然的極端物理?xiàng)l件實(shí)驗(yàn)室，可以為核物理、粒子物理、等離子體物理、量子物理、廣義相對(duì)論和引力波等的研究和檢驗(yàn)提供獨(dú)特場(chǎng)所。此外，脈沖星也極可能與宇宙中最奇異和劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象，如伽瑪射線暴(GRB)和快速射電暴(FRB)都有關(guān)系。因此，脈沖星的理論和觀測(cè)研究對(duì)推動(dòng)天文和物理學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展都有著極其重要的意義。

2.超新星遺跡的研究

超新星遺跡，是大質(zhì)量恒星塌縮，發(fā)生災(zāi)難性爆炸后，原來(lái)恒星的包層物質(zhì)被拋射到星際空間而形成。通過(guò)對(duì)這些天體的大量觀測(cè)，我們能夠了解超新星、前身星、以及前身星的包層的特征。根據(jù)超新星爆炸后的輻射形態(tài)，超新星遺跡一般分為兩類：第一類最重要，其射電、光學(xué)、X-射線和伽瑪射線輻射起源于擴(kuò)展殼層，即稱為殼型超新星遺跡(shell-like)。另一類是實(shí)心型或Crab-like型超新星遺跡，主要特征是遺跡中心最亮和中心存在致密天體(年輕的脈沖星)。超新星遺跡的動(dòng)力學(xué)模擬和觀測(cè)到的輻射形態(tài)多樣性，揭示了超新星遺跡演化過(guò)程中發(fā)生豐富的宏觀和微觀物理過(guò)程，例如超新星的形成、前身星風(fēng)的特征、星際介質(zhì)的分布、星際磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)、核的合成以及粒子的加速機(jī)制等。

根據(jù)超新星遺跡的射電和伽瑪射線的觀測(cè)特征，普遍認(rèn)為超新星遺跡是膝區(qū)銀河系宇宙線粒子的重要加速區(qū)域，由于超新星遺跡演化過(guò)程中產(chǎn)生的強(qiáng)激波，暗示擴(kuò)散激波加速(DSA)過(guò)程是超新星遺跡加速粒子的主要過(guò)程之一。隨著對(duì)超新星遺跡的X射線和高能伽瑪射線的精細(xì)的觀測(cè)和數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)了超新星遺跡的復(fù)雜的輻射形態(tài)和精細(xì)結(jié)構(gòu)，為我們進(jìn)一步開(kāi)展超新星遺跡的動(dòng)力學(xué)演化和粒子加速機(jī)制的細(xì)致研究提供了重要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.X射線雙星的研究

宇宙中大多數(shù)星體是以雙星或者多星系統(tǒng)存在的。X射線雙星(XRB)系統(tǒng)是雙星系統(tǒng)的一個(gè)子類，一般是由致密星(中子星或者黑洞) 和非致密星(主序星) 組成。在X射線雙星系統(tǒng)中，致密星通過(guò)吸積伴星的物質(zhì)，主要通過(guò)輻射X 射線來(lái)釋放引力勢(shì)能。XRB的輻射主要來(lái)自于中心天體、多溫吸積盤、高溫冕中的熱等離子體，以及物質(zhì)拋射和噴流等。由于致密天體附近存在強(qiáng)引力場(chǎng)和強(qiáng)磁場(chǎng)，XRB成為探測(cè)廣義相對(duì)論效應(yīng)的一個(gè)極端物理環(huán)境實(shí)驗(yàn)室。對(duì)XRB的研究勢(shì)必推進(jìn)吸積盤，噴流等理論的發(fā)展，也是發(fā)現(xiàn)新的物理規(guī)律的重要途徑。因此，一系列空間天文衛(wèi)星都將XRB作為主要觀測(cè)目標(biāo)源。我國(guó)近期發(fā)射的慧眼(HXMT)衛(wèi)星的一個(gè)核心科學(xué)目標(biāo)就是研究XRB。

在觀測(cè)上，根據(jù)爆發(fā)源的亮度、能譜形狀和時(shí)變性質(zhì)，XRB的爆發(fā)隨著流量的增加一般會(huì)經(jīng)歷寧?kù)o態(tài)、低/硬態(tài)、轉(zhuǎn)換態(tài)、高/軟態(tài)，然后隨著流量的降低再經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換態(tài)，低/硬態(tài)，最后重新回到寧?kù)o態(tài)。雖然大部分的XRB的爆發(fā)現(xiàn)象都可以通過(guò)致密星周圍劇烈的吸積過(guò)程來(lái)解釋，但是還有好多物理問(wèn)題至今尚無(wú)定論。

準(zhǔn)周期震蕩(QPO)是天體的輻射流量隨時(shí)間做準(zhǔn)周期變化的一種觀測(cè)現(xiàn)象。XRB當(dāng)中存在豐富的QPO觀測(cè)現(xiàn)象。在豐富的QPO現(xiàn)象中，最引人注目的是在NS-XRB中發(fā)現(xiàn)了千赫茲準(zhǔn)周期震蕩(kHz QPO)。這種高頻準(zhǔn)周期震蕩(HFQPO)現(xiàn)象很可能是探索強(qiáng)引力場(chǎng)和驗(yàn)證廣義相對(duì)論的探針。目前對(duì)kHz QPO產(chǎn)生的物理機(jī)制還沒(méi)有定論。

在中子星LMXB系統(tǒng)中，吸積到中子星表面物質(zhì)(氫和氦)的不穩(wěn)定燃燒而產(chǎn)生的爆發(fā)，稱之為I型X射線暴或I型暴。I型暴是研究致密天體物理的重要探針，首先，I型暴的出現(xiàn)可以確定致密天體為中子星;其次，通過(guò)I型暴可以研究中子星物理。

逐漸興起的引力波天文學(xué)也為X射線雙星的研究打開(kāi)了一扇新的大門。在新的引力波觀測(cè)中探測(cè)到了大質(zhì)量的恒星級(jí)黑洞和大質(zhì)量中子星候選體，對(duì)現(xiàn)有的恒星演化理論和致密星的狀態(tài)方程認(rèn)知都提出了強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)。引力波觀測(cè)極有可能幫助我們發(fā)現(xiàn)在理論上已經(jīng)預(yù)言存在，而在電磁波段很難觀測(cè)到的中子星-黑洞雙星系統(tǒng)。

4.伽瑪射線暴的研究

伽瑪射線暴是宇宙中爆發(fā)最為劇烈的天體。伽瑪射線暴的研究是當(dāng)前天體物理研究的前沿和熱點(diǎn)問(wèn)題。伽瑪射線暴在數(shù)秒至數(shù)百秒的時(shí)間之內(nèi)釋放出巨大的伽瑪射線能量，伽瑪射線暴的中心引擎和輻射機(jī)制是當(dāng)前的未解之謎。伽瑪射線暴的輻射不僅包括伽瑪波段，還包括射電波段、光學(xué)波段、X射線波段和甚高能波段，伽瑪射線暴的多波段觀測(cè)和理論研究是這一研究領(lǐng)域的重要方向。特別是，甚高能波段的伽瑪射線暴的觀測(cè)和理論研究和我國(guó)當(dāng)前正在研制的切倫科夫望遠(yuǎn)鏡密切相關(guān)。伽瑪射線暴是宇宙學(xué)距離的天體，伽瑪射線暴的研究和宇宙中不同時(shí)期的恒星形成和演化緊密聯(lián)系。近年來(lái)，LIGO/VIRGO探測(cè)到的引力波事件GW70817的電磁對(duì)應(yīng)體正是伽瑪射線暴，引力波電磁對(duì)應(yīng)體的多波段觀測(cè)和理論研究也是我們重要的研究方向。

5.活動(dòng)星系核及宿主星系的研究

活動(dòng)星系核是宇宙中一類明亮的天體，可以在百萬(wàn)年的時(shí)間上，相對(duì)穩(wěn)定地輸出巨大能量，其亮度遠(yuǎn)超過(guò)了整個(gè)銀河系的亮度�；顒�(dòng)星系核中心有超大質(zhì)量黑洞、吸積盤、寬發(fā)射線區(qū)、窄發(fā)射線區(qū)、塵埃環(huán)等物理結(jié)構(gòu)，中心黑洞質(zhì)量可以達(dá)到106—1010M⊙(M⊙是太陽(yáng)質(zhì)量)，在中心黑洞的引力作用下，氣體、塵埃等旋轉(zhuǎn)著往黑洞下落，這些下落物質(zhì)的角速度在不同半徑處有差異，產(chǎn)生了摩擦，從而將引力勢(shì)能轉(zhuǎn)換成氣體內(nèi)能，并產(chǎn)生了一個(gè)盤狀的結(jié)構(gòu)-吸積盤，吸積盤的高溫氣體產(chǎn)生了可觀測(cè)的熱輻射。黑洞是看不到的，只能通過(guò)觀測(cè)其吸積盤輻射，間接地研究黑洞。2019年4月，我們采用事件視界望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合觀測(cè)研究得到人類首張超大質(zhì)量黑洞照片。超大質(zhì)量黑洞的觀測(cè)和理論研究也是我們開(kāi)展高能天體物理研究的重要內(nèi)容。

活動(dòng)星系核中心可能存在超大質(zhì)量雙黑洞系統(tǒng)，通常認(rèn)為是兩個(gè)活動(dòng)星系核帶著各自的中心黑洞，通過(guò)宿主星系并合，最終形成一個(gè)活動(dòng)星系核，兩個(gè)黑洞形成一個(gè)相互繞轉(zhuǎn)的雙黑洞系統(tǒng)，這個(gè)雙黑洞系統(tǒng)能夠產(chǎn)生一些奇特的觀測(cè)現(xiàn)象，如周期性光變，觀測(cè)與理論預(yù)言相符。

可以通過(guò)氣體運(yùn)動(dòng)學(xué)、恒星運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)等方法測(cè)量近鄰星系中的黑洞質(zhì)量MBH。目前，反響映射法是測(cè)量MBH的常用方法。反響映射法給出的寬發(fā)射線半徑與望遠(yuǎn)鏡干涉觀測(cè)到的半徑結(jié)合，可以用來(lái)研究宇宙學(xué)模型及其參數(shù)。

對(duì)于近鄰星系，黑洞質(zhì)量MBH與宿主星系的核球恒星速度彌散σ*之間有相關(guān)關(guān)系，它反映了宿主星系與中心黑洞的協(xié)同演化。這種協(xié)同演化是天體物理研究的前沿與熱點(diǎn)。

活動(dòng)星系核中有一個(gè)特殊子類-耀變體(blazar)，這類源有噴流，尺度可達(dá)到百萬(wàn)光年，從射電到伽瑪射線都有很強(qiáng)的輻射，認(rèn)為是噴流中的相對(duì)論粒子的非熱輻射，有的噴流還觀測(cè)到了視超光速現(xiàn)象。噴流與中心黑洞密切相關(guān)，是研究黑洞物理的一個(gè)重要途徑。

6.活動(dòng)星系核與伽瑪射線天文的研究

活動(dòng)星系核是最主要的河外伽瑪射線源。目前，F(xiàn)ermi望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到了數(shù)千個(gè)GeV伽瑪射線活動(dòng)星系核，地面的大氣成像切倫科夫望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到了大約80個(gè)TeV伽瑪射線活動(dòng)星系核。活動(dòng)星系核也是在建和未來(lái)大型探測(cè)設(shè)備(如LHAASO和CTA)的主要觀測(cè)對(duì)象�；顒�(dòng)星系核的伽瑪射線是研究噴相對(duì)論流物理和超大質(zhì)量黑洞-噴流系統(tǒng)的重要信息。此外，活動(dòng)星系核的伽瑪射線輻射也可用來(lái)開(kāi)展宇宙學(xué)參數(shù)(如哈勃常數(shù))的限制、星系際磁場(chǎng)的限制和新物理的探索等。

宇宙學(xué)參數(shù)的限制：活動(dòng)星系核的伽瑪射線光子在傳播過(guò)程與紅外-紫外背景光(EBL)相互作用(滿足閾值)從而被吸收，這個(gè)吸收效應(yīng)會(huì)在伽瑪射線譜上留下痕跡，并且它與源的距離有關(guān)，距離越遠(yuǎn)吸收越明顯。而源的距離又與宇宙學(xué)參數(shù)相關(guān)，即該吸收效應(yīng)與宇宙學(xué)參數(shù)關(guān)聯(lián)。通過(guò)GeV-TeV的觀測(cè)可以很好得確定活動(dòng)星系核伽瑪射線譜中EBL的吸收效應(yīng)，從而對(duì)宇宙學(xué)參數(shù)的進(jìn)行限制。這提供了一個(gè)獨(dú)立測(cè)量宇宙學(xué)參數(shù)的方法，有助與解決“哈勃常數(shù)危機(jī)”。

星系際磁場(chǎng)的限制：活動(dòng)星系核的TeV輻射在傳播過(guò)程中與EBL作用會(huì)產(chǎn)生高能正負(fù)電子對(duì)，它們通過(guò)逆康普頓散射宇宙微波背景光子產(chǎn)生GeV輻射。星系際磁場(chǎng)會(huì)偏轉(zhuǎn)這些電子對(duì)，從而調(diào)制次級(jí)GeV輻射。因此，利用Fermi望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)可以限制星系際磁場(chǎng)。

新物理的探索：洛倫茲不變是現(xiàn)代物理的基礎(chǔ)之一，是量子場(chǎng)論中的基本對(duì)稱性，但是在一些量子引力理論中，洛倫茲不變?cè)谄绽士四芗?jí)尺度上可能被打破。洛倫茲不變破缺可以改變光子-光子相互作用的閾值，從而改變活動(dòng)星系核伽瑪射線輻射的不透明性，這使我們可以在活動(dòng)星系核的伽瑪射線能譜中尋找洛倫茲不變破缺的線索。

【系外行星領(lǐng)域】

中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)在太陽(yáng)系外行星領(lǐng)域的研究包括巡天探測(cè)、凌食中間時(shí)刻變化(TTV)和凌食持續(xù)時(shí)間變化(TDV)分析、透射光譜、主星和行星的磁場(chǎng)相互作用、行星大氣等課題。通過(guò)與香港天文學(xué)會(huì)合作，我們?cè)谠颇咸煳呐_(tái)麗江觀測(cè)站建設(shè)了45cm云南-香港寬視場(chǎng)巡天望遠(yuǎn)鏡。該設(shè)備從2016年開(kāi)始正式運(yùn)行以搜尋新的凌食系外行星系統(tǒng)，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了10多顆凌食系外行星候選體以及200多顆其它類型的變?cè)�。通過(guò)與韓國(guó)天文學(xué)與空間科學(xué)研究所(KASI)合作，利用麗江觀測(cè)站2.4米望遠(yuǎn)鏡附加高色散光纖攝譜儀和韓國(guó)BOAO1.8米望遠(yuǎn)鏡附加BOES攝譜儀開(kāi)展了系外行星的精確視向速度搜尋工作，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)若干顆系外行星候選源。利用TTV和TDV技術(shù)分析空間望遠(yuǎn)鏡Kepler和TESS的數(shù)據(jù)以及地面望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)了4顆系外行星。目前，正在利用高、中、低色散的光譜觀測(cè)手段研究主星和行星的磁場(chǎng)相互作用以及系外行星的大氣性質(zhì)，使用和計(jì)劃申請(qǐng)使用的望遠(yuǎn)鏡包括麗江觀測(cè)站2.4米望遠(yuǎn)鏡、國(guó)家天文臺(tái)興隆基地2.16米望遠(yuǎn)鏡、BOAO1.8米望遠(yuǎn)鏡、CAHA3.5米望遠(yuǎn)鏡、CFHT3.6米望遠(yuǎn)鏡、中國(guó)的2米空間望遠(yuǎn)鏡CSST等。已經(jīng)與英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、韓國(guó)、芬蘭等國(guó)的相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)建立了穩(wěn)定的合作伙伴關(guān)系。