Một hệ thống sao nhị phân quá tiếp xúc kéo dài bao lâu?

Tôi đã đọc gần đây về VFTS 352 , một hệ thống sao nhị phân được tiếp xúc quá mức trong đó cả hai ngôi sao có khối lượng gần bằng nhau. Tất cả các báo cáo tôi đã đọc (trong các ấn phẩm loại phương tiện truyền thông đại chúng) đã nói rằng hệ thống này có một trong hai số phận: hoặc hai ngôi sao sẽ hợp nhất, hoặc chúng sẽ siêu tân tinh. Nhưng khi nào thì điều này sẽ xảy ra?

Trang wikipedia cho các nhị phân liên hệ nói rằng chúng có tuổi thọ từ hàng triệu đến hàng tỷ năm, nhưng không nói nếu điều đó khác với các nhị phân quá mức. Nó cũng nói rằng họ thường bị nhầm lẫn với các phong bì thông thường , có tuổi thọ từ vài tháng đến nhiều năm, và tôi không chắc chắn nơi đó nằm trong quang phổ đó (hay thực sự là sự khác biệt, vì trang dành cho nhị phân tiếp xúc nói họ chia sẻ một phong bì, âm thanh định nghĩa của một phong bì chung). Tôi cũng không chắc liệu cả hai ngôi sao có khối lượng gần bằng nhau có ảnh hưởng đến tuổi thọ hay không.

Các bài báo trên phương tiện truyền thông đại chúng tôi đã đọc đã ngụ ý rằng sự hợp nhất hoặc siêu tân tinh sắp xảy ra, nhưng tôi không biết liệu đây là quy mô của con người (tháng) hay quy mô thiên hà (hàng triệu năm).

Trả lời ngắn gọn: $t \lesssim 10^5\ \mathrm{years}$ (có thể)

Một "nhị phân quá mức" chỉ là một cách khác để nói "nhị phân phong bì chung". Hai cụm từ hoàn toàn giống nhau và thật bực bội khi các tác giả trên bài báo VFTS 352 quyết định tạo ra quy ước của riêng mình - như thể các phân loại vật lý thiên văn không đủ khó hiểu!

Một nhị phân tiếp xúc tồn tại theo thời gian chủ yếu phụ thuộc vào sự tiến hóa của sao, vì vậy việc tìm ra một nhị phân tiếp xúc sẽ tồn tại bao lâu phụ thuộc nhiều vào khối lượng, tính kim loại và sự quay của ngôi sao chính trong số những thứ khác.

Xuất phát thời gian:

Chúng ta hãy giữ phạm vi cho các hệ thống như VFTS 352, trong đó khối chính là khối lớn và nhị phân có chu kỳ quỹ đạo nhỏ hơn 4 năm (tách 2,5 AU). Để có một sự kiện phong bì chung, các ngôi sao phải tràn thùy Roche của họ. Bán kính cho thùy Roche của hai khối lượng điểm là

$$\begin{equation*} r_L = \frac{0.49 q^{\frac{2}{3}}}{0.6q^{\frac{2}{3}}+\mathrm{ln}(1+q^{\frac{1}{3}})}a \end{equation*}$$ trong đó$a$là sự phân tách. Đối với các nhị phân gần, xu hướng quan sát chung là tỷ lệ khối lượng cao$q=M_2/M_1$. Vậy, nếu ta giả sử$q=1$, thì$r_L = 0.38a$. Do đó, đối với một nhị phân với$a<2.5$AU, $$\begin{align*} r_L &\lesssim 1\ \mathrm{AU}\\ r_L &\lesssim 215\ R_{\odot} \end{align*}$$ từ$q=1$là một giới hạn trên cho thùy bán kính Roche. Bây giờ, thực hiện một số sắp xếp lại tầm thường của vật đen phương trình độ sáng$L=4\pi\sigma_{SB}R^2T^4$, chúng tôi thấy rằng $$\begin{equation*} R \approx 3.31\times10^{7} \bigg(\frac{L}{L_{\odot}}\bigg)^{\frac{1}{2}}\bigg(\frac{1\ \mathrm{K}}{T}\bigg)^2 \ R_{\odot}. \end{equation*}$$ Sao khổng lồ thường có độ sáng khá ổn định, vì vậy chúng tôi sẽ chọn$L\approx10^5\ L_{\odot}$. Do đó, $$\begin{equation*} R\approx 1\times10^{10}\bigg(\frac{1\ \mathrm{K}}{T}\bigg)^2 \ R_{\odot} \end{equation*}$$

$$\begin{equation*} T \gtrsim 7000\ \mathrm{K} \end{equation*}$$ $30000\ \mathrm{K}$$4000\ \mathrm{K}$$10^6$$\sim10^5$

$10^5\ \mathrm{years}$

Giới hạn dưới của thời gian này là hoàn toàn mơ hồ và không đặc biệt hữu ích trong bất kỳ bối cảnh vật lý nào. Các ngôi sao có thể quay rất nhanh, có tính kim loại cao hoặc thấp, nhị phân có thể có tỷ lệ khối lượng khác nhau, có thể có một nhị phân khác ở gần và có thể có tương tác từ tính (?). Danh sách cứ kéo dài! Tôi chắc chắn có một cái gì đó tôi đã bỏ đi.

Các bài báo chỉ ra một trong hai kết quả có thể xảy ra: sáp nhập, cuối cùng là vụ nổ tia gamma hoặc tách vĩnh viễn, siêu tân tinh riêng biệt dẫn đến các lỗ đen nhị phân.

Trong trường hợp thứ hai, siêu tân tinh sẽ ở trong vài triệu năm nữa, tuổi thọ điển hình của các ngôi sao lớn.

Trong trường hợp đầu tiên, việc sáp nhập có thể xảy ra sớm hơn, có thể hàng trăm ngàn năm, vì vậy "sớm" về mặt thiên văn, nhưng lâu so với cuộc sống của con người.