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宇宙中超过一半的恒星是处于双星系统当中的,像太阳这样的单星只占少数。双星系统中两颗子星各自的初始质量以及双星之间的物质交换深刻地影响了恒星的演化,并导致不同的演化产物。本文主要研究了由中子星和大质量恒星组成的伽玛射线双星的高能辐射起源以及处于双星系统中的白矮星塌缩形成中子星过程的多波段辐射。第一章是对伽玛射线双星系统研究领域的综述。我们首先简要介绍了伽玛射线天文学中主要观测设备,包括太空中的伽玛射线望远镜以及地面上的切伦科夫望远镜;接着我们总结了目前已探测到的7个大质量伽玛射线双星系统的观测特征;最后,我们对伽玛射线双星系统的星风相互作用模型进行了详细的介绍,具体包括脉冲星风及大质量恒星星风的相关性质,弓形激波区域电子能谱分布以及辐射机制等内容。在第二章,我们基于星风相互作用模型研究了来自大质量伽玛射线双星系统1FGL J1018.6-5856的多波段非热辐射。我们首先分析了Fermi/LAT对1FGL J1018.6-5856长达9.75年的观测数据。分析结果表明,该系统在0.1-100 GeV波段有一非常稳定的辐射成分,且基本上不随着轨道相位的变化而变化。此外,1FGL J1018.6-5856的KeV X射线以及TeV伽玛射线光变在下合点有一个非常明显的耀发成分,以及一个变化辐度较为缓慢的宽峰结构。我们提出,1FGL J1018.6-5856的KerV X射线以及TeV伽玛射线的耀发成分很可能是由弓形激波的多普勒效应导致的,而另一个宽峰结构则是由偏斜的激波尾部所贡献。来自脉冲星磁层的曲率辐射、未被激波化的脉冲星风区域的逆康普顿散射以及弓形激波的辐射则共同贡献了 1FGLJ101 8.6-5856在0.1-100 GeV波段的辐射。最后,我们总结了其他伽玛射线双星系统(如LS 5039、LMC P3)与1FGL J101 8.6-5856的共性及差异,并讨论了这些系统多波段辐射的起源。在第三章,我们研究了 PSR B1259-63/LS 2883系统中脉冲星风与伴星的外流盘之间的相互作用,并且提出该系统的X射线和TeV伽玛射线光变的双峰结构是由于激波区域的磁场和光子场的能量密度增强导致的。当脉冲星穿过恒星外流盘时,由于星风盘的额外压强将激波面推得更靠近脉冲星表面,使激波中的磁场增强,从而提高同步辐射光度。与此同时,激波加热星风盘物质为激波区域相对论电子的逆康普顿过程提供额外的种子光子,从而产生TeV伽玛射线光变的双峰结构。此外,我们还探讨了PSR B1259-63/LS 2883在GeV波段耀发现象的物理起源。我们的模型可以用于解释其他类似的伽玛射线双星系统的非热辐射,例如PSR J2032+4127/MT91213、HESS J0632+057和LS I+61°303。一般而言,中子星主要形成于质量范围为8-25M⊙的恒星在演化晚期的核心塌缩过程,除此之外,白矮星的吸积诱导塌缩以及双白矮星并合过程也会形成中子星。在第四章,我们研究了双白矮星并合产物塌缩成中子星过程的光学和射电辐射。当双白矮星并合后的中心产物的质量超过钱德拉塞卡极限的话,在经历了约数千年的辐射冷却和质量损失之后会塌缩形成一颗快速旋转的中子星,并伴随着质量约为0.01M☉的物质被抛射出来。由于抛射物中的放射性元素衰变以及新生中子星星风的能量注入,将会产生一个非常明亮的光学辐射。在此之前,双白矮星并合的中心产物在塌缩前会像恒星从渐近巨星分支(asymptotic giant branch,AGB)演化到行星状星云阶段一样,通过非常强烈的星风(intense dusty wind)活动损失质量。因此在中心产物塌缩之后来自抛射物的光学辐射将会被星风物质吸收和散射,从而降低峰值光度,并在光变上产生一个持续时间约为数天的散射平台。当抛射物在星风环境中膨胀时,由于激波与星风环境的相互作用会产生持续时间为数年的射电辐射。如果在观测上发现这类受星风散射影响的光学暂现源以及激波相互作用导致的射电辐射将有助于我们了解并合前白矮星双星的相关物理性质以及并合后的中心产物的演化行为,并有助于研究双白矮星系统绕转及并合时产生的引力波辐射。在第五章,我们研究了白矮星吸积诱导塌缩(accretion induced collapse,AIC)过程的多波段辐射。当白矮星从其非简并伴星吸积物质并且质量达到钱德拉塞卡极限时,核心内部的电子俘获过程会导致白矮星塌缩形成一颗快速旋转且高度磁化的中子星,并伴随着质量约为10-3-10-2M☉的物质被抛射出来。新生中子星的星风与伴星物质及AIC抛射物的相互作用将会产生多波段辐射:一方面,强大的星风照射会在数天内将伴星蒸发并在中子星周围形成一个环状结构。星风与环状物质相互作用形成一对正反激波,并通过同步辐射产生持续数天的硬X射线辐射;另一方面,中子星星风与AIC抛射物碰撞形成的终止激波也会产生持续时间为几十天的软X射线辐射;此外,由于AIC抛射物在早期阶段是光学厚的,由星风产生的X射线辐射并不能直接逃逸出来,而是被吸收并加热AIC抛射物,从而产生一快速演化的光学/紫外暂现源辐射。目前所观测到的一些快速演化的暂现源(如AT 2018cow)很有可能是来自于白矮星的吸积诱导塌缩过程。最后在第六章,我们总结了伽玛射线双星研究中一些待解决的问题,并讨论了双白矮星并合过程的引力波和电磁波辐射以及一些快速演化的暂现源与白矮星AIC过程的联系。