Roche lebeny - Roche lobe

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

A Roche-lebeny a bináris rendszerben lévő csillag körüli régió , amelyen belül a keringő anyag gravitációsan kapcsolódik ehhez a csillaghoz. Ez egy megközelítőleg könnycsepp alakú régió, amelyet kritikus gravitációs ekvipotenciál határol , a könnycsepp csúcsa a másik csillag felé mutat (a csúcs a rendszer L 1 Lagrangi-pontján van).

A Roche-lebeny különbözik a Roche-gömbtől , amely egy csillagászati ​​test gravitációs hatáskörét közelíti meg egy olyan masszívabb test perturbációival szemben, amely körül kering. Ez különbözik a Roche-határértéktől is , amely az a távolság, amelyen a csak a gravitáció által összetartott tárgy az árapályerők hatására elkezd felszakadni . A Roche lebeny, a Roche határ és a Roche gömb Édouard Roche francia csillagászról kapta a nevét .

Meghatározás

A háromdimenziós ábrázolása Roche lehetséges egy kettős csillag tömegű aránya 2, a co-forgó keret. Az ábra alján lévő potenciál-ábrán lévő csepp alakú ábrák meghatározzák, hogy mi tekinthető a csillagok Roche-lebenyének. L 1 , L 2 és L 3 azok a lagrangi pontok, amelyeken a forgó keretben figyelembe vett erők
eltűnnek . A tömeg átfolyhat az L 1 nyeregponton egy csillagtól a társáig, ha a csillag kitölti Roche-lebenyét.

Kör alakú pályával rendelkező bináris rendszerben gyakran hasznos leírni a rendszert egy koordináta-rendszerben, amely az objektumokkal együtt forog. Ebben a nem inerciális keretben a gravitáció mellett a centrifugális erőt is figyelembe kell venni . A kettő együttesen leírható egy potenciállal , így például a csillagfelületek ekvipotenciális felületek mentén fekszenek.

Minden csillag közelében az azonos gravitációs potenciállal rendelkező felületek megközelítőleg gömb alakúak és koncentrikusak a közelebbi csillaggal. A csillagrendszertől távol az ekvipotenciálok megközelítőleg ellipszoidak és hosszúkák, a párhuzamosak a csillagközpontokat összekötő tengellyel. A kritikus ekvipotenciál keresztezi önmagát a rendszer L 1 Lagrangi-pontjánál , és két karéjú nyolcas alakot képez, amelynek mindkét lebeny közepén a két csillag egyike van. Ez a kritikus potenciál határozza meg a Roche lebenyeket.

Ahol az anyag mozog az együtt forgó kerethez képest, úgy tűnik, Coriolis-erő hat rá . Ez nem vezethető le a Roche lebeny-modellről, mivel a Coriolis-erő nem konzervatív erő (azaz nem skaláris potenciállal reprezentálható).

További vizsgálat

Potenciális tömb

A gravitációs potenciál grafikájában L 1 , L 2 , L 3 , L 4 , L 5 szinkron forgásban vannak a rendszerrel. A piros, a narancssárga, a sárga, a zöld, a világoskék és a kék régió potenciális tömb magasról alacsonyra. A piros nyilak a rendszer forgása, a fekete nyilak pedig a törmelék relatív mozgása.

A törmelék az alacsonyabb potenciállal rendelkező régióban gyorsabban, a magasabb potenciállal rendelkező régióban pedig lassabban megy. Tehát a törmelék relatív mozgásai az alsó pályán azonos irányba mutatnak a rendszer forradalmával, míg a magasabb pályán ellentétesek.

L 1 a gravitációs elfogási egyensúlyi pont. Ez a bináris csillagrendszer gravitációs határpontja. Ez a legkisebb potenciális egyensúly az L 1 , L 2 , L 3 , L 4 és L 5 között . Ez a legegyszerűbb módja annak, hogy a törmelék ingázzon egy domb gömb (a kék és a világoskék belső kör) és a közösségi gravitációs területek (a belső oldalon sárga és zöld nyolcas alakok).

Hegyi gömb és patkó pálya

L 2 és L 3 gravitációs perturbációs egyensúlyi pontok. Ezen a két egyensúlyi ponton áthaladva a törmelék ingázhat a külső régió (a külső oldalon sárga és zöld ábra-nyolcasok) és a bináris rendszer közösségi gravitációs régiója között.

L 4 és L 5 a rendszer maximális potenciális pontjai. Ezek instabil egyensúlyi viszonyok. Ha a két csillag tömegaránya nagyobb lesz, akkor a narancssárga, a sárga és a zöld régió patkópályává válik .

A vörös régióból az ebihal pályája lesz .

Tömeges transzfer

Ha egy csillag "meghaladja Roche-lebenyét", akkor annak felülete túlmutat Roche-lebenyén, és a Roche-lebenyen kívül fekvő anyag az első Lagrang-ponton keresztül "leeshet" a másik tárgy Roche-lebenyébe. A bináris evolúcióban ezt Roche-lobe túlcsorduláson keresztüli tömegtranszfernek nevezik .

Elvileg a tömegátvitel az objektum teljes széteséséhez vezethet, mivel a tárgy tömegének csökkenése miatt Roche-lebenye zsugorodik. Számos oka van annak, hogy ez általában nem történik meg. Először is, a donorcsillag tömegének csökkenése a donorcsillag csökkenését is okozhatja, ami megakadályozhatja az ilyen eredményt. Másodszor, a két bináris komponens közötti tömegátadással a szögimpulzus is átkerül. Míg a tömeges transzfer a tömegesebb donortól a kevésbé masszív akrektorig általában zsugorodó pályához vezet, addig a fordított irányban a pálya kitágul (a tömeg és a szög-impulzus megőrzése feltételezésével). A bináris pálya tágulása a donor Roche-lebenyének kevésbé drámai zsugorodásához vagy akár tágulásához vezet, ami gyakran megakadályozza a donor pusztulását.

A tömegátadás stabilitásának és így a donorcsillag pontos sorsának meghatározásához figyelembe kell venni, hogy a donorcsillag és a Roche-lebeny sugara hogyan reagál a donor tömegveszteségére; ha a csillag hosszabb ideig tágul, mint Roche-lebenye, vagy hosszabb ideig csökken, mint Roche-lebenye, a tömegátvitel instabil lesz, és a donorcsillag széteshet. Ha a donor csillag kevésbé gyorsan tágul, vagy gyorsabban zsugorodik, mint Roche lebenye, a tömegátadás általában stabil és hosszú ideig folytatódhat.

A Roche-lebeny túlcsordulás miatti tömegtranszfer számos csillagászati ​​jelenségért felelős, ideértve az Algol-rendszereket , az ismétlődő noveákat ( egy vörös óriásból és egy fehér törpéből álló bináris csillagok , amelyek elég közel vannak ahhoz, hogy a vörös óriásból származó anyag lecsöpögjön a fehérre. törpe), röntgen bináris fájlok és milliszekundumos pulzusok . A Roche lebeny-túlcsordulás (RLOF) által történő ilyen tömegátadást három külön esetre bontjuk:

A. eset

Az A eset RLOF akkor fordul elő, amikor a donor csillag hidrogénnel ég . Nelson és Eggleton szerint számos alosztály létezik, amelyeket itt reprodukálunk:

AD dinamikus :

amikor az RLOF egy mély konvekciós zónájú csillaggal történik . A tömegátadás gyorsan megtörténik a csillag dinamikus időskáláján , és teljes összeolvadással zárulhat .

AR gyors kapcsolat :

hasonló az AD-hez, de mivel a csillag, amelyre az anyag gyorsan felhalmozódik, tömeget nyer, annyira fizikai méretet nyer, hogy elérje saját Roche-lebenyét. Ilyenkor a rendszer kontakt bináris formában jelenik meg, mint például egy W Ursae Majoris változó .

AS lassú érintkezés :

hasonlóan az AR-hoz, de csak egy rövid, gyors tömegátadási időszak következik be, amelyet sokkal hosszabb lassú tömegátadás követ. Végül a csillagok kapcsolatba kerülnek, de addigra lényegesen megváltoztak. Az Algol-változók ilyen helyzetek eredményei.

AE korai előzés :

hasonló az AS-hez, de a tömeggyarapodó csillag megelőzi az adományozó csillagot, hogy a fő szekvencia mellett fejlődjön. A donor csillag ennyire kicsi lehet, hogy megállítsa a tömegátadást, de végül a tömegátadás újra megkezdődik, mivel a csillag evolúciója folytatódik az esetekhez vezetve

AL késő előzés :

az az eset, amikor az a csillag, amely eredetileg donor volt, szupernóván megy keresztül, miután a másik csillag átesett a saját RLOF-körén.

AB bináris :

az az eset, amikor a csillagok előre-hátra kapcsolnak, amely között legalább háromszor átesik az RLOF (technikailag a fentiek egyik alosztálya).

AN nincs előzés :

az az eset, amikor az a csillag, amely eredetileg donor volt, szupernóván megy keresztül, mielőtt a másik csillag elérné az RLOF fázist.

AG óriás :

A tömegátadás csak akkor kezdődik, amikor a csillag eléri a vörös óriáságat, hanem mielőtt kimerítette hidrogénmagját (ezután a rendszert B esetnek írják le).

B. eset

A B eset akkor következik be, amikor az RLOF beindul, miközben a donor egy mag utáni hidrogénégető / hidrogénhéj égő csillag. Ez az eset lehet tovább oszthatók osztályokba Br és Bc aszerint, hogy az anyagátadási jelentkezik egy csillag uralja a sugárzási zóna (Br), és ezért alakul ki a helyzet a legtöbb eset RLOF vagy konvektív zónában (Bc), ami után egy közös burokfázis fordulhat elő (hasonlóan a C esethez). Az esetek alternatív felosztása a Ba, Bb és Bc, amelyek nagyjából megfelelnek az RLOF-fázisoknak, amelyek a héliumfúzió során, a héliumfúzió után, de a szénfúzió előtt vagy a magasan fejlődő csillag szénfúziója után következnek be.

C. eset

A C eset akkor következik be, amikor az RLOF akkor kezdődik, amikor a donor a héliumhéj égési szakaszán vagy azon túl van. Ezek a rendszerek a legritkábban megfigyelhetők, de ennek oka lehet a szelekciós torzítás .

Geometria

A Roche lebeny pontos alakja a tömegaránytól függ , és számszerűen kell értékelni. Sok célból azonban hasznos a Roche lebenyt azonos térfogatú gömbként közelíteni. A gömb sugarának hozzávetőleges képlete az

, a

hol és . A funkció nagyobb, mint a . A hossza Egy az orbitális szétválasztása a rendszer, és r 1 jelentése a gömb sugarának amelynek térfogata közelíti a Roche lebenyében tömegű M 1 . Ez a képlet körülbelül 2% -on belül van. Egy másik hozzávetőleges képletet javasolt Eggleton, amely a következőképpen szól:

.

Ez a képlet 1% pontosságot eredményez a tömegarány teljes tartományában .

Hivatkozások

Források

Külső linkek