Quando uma estrela e um binário se encontram

O que acontece nos ambientes extremos de aglomerados globulares quando uma estrela e um sistema binário se encontram? Uma equipe de cientistas tem novas idéias sobre como esses objetos podem se deformar, mudar seus caminhos, espiralar entre si e se fundir.

O que acontece quando as estrelas interagem em ambientes densos, como aglomerados globulares como o mostrado aqui?
HST / NASA / ESA

Conhecendo seus vizinhos

Duas simulações da interação de um binário de objeto compacto de anã branca com um único objeto compacto de entrada (progredindo da esquerda para a direita). Quando as marés não são incluídas (painel inferior), o sistema interage caoticamente por um tempo antes de um único objeto compacto ser ejetado e o sistema binário sair em órbita levemente modificada. Quando as marés são incluídas (painel superior), as interações caóticas acabam resultando na inspiração e fusão das marés do binário (rotulado no diagrama superior e mostrado em detalhes no interior).
Samsing et al. 2017

Estrelas que vivem em ambientes densos, como aglomerados globulares, experimentam vidas muito diferentes das da vizinhança solar. Nesses ambientes extremos, os encontros próximos são a norma e isso pode levar a uma variedade de interações interessantes entre as estrelas e os sistemas de estrelas que se encontram.

Um tipo comum de reunião é o de uma única estrela com um sistema binário de estrelas. Os estudos dessas interações geralmente tratam os três corpos como fontes pontuais, examinando resultados como:

  1. Todos os três objetos são mutuamente desvinculados pela interação, resultando em três objetos únicos.
  2. Um encontro de sobrevôo ocorre, no qual o binário sobrevive ao encontro, mas sua órbita é modificada pela terceira estrela.
  3. Ocorre uma troca, na qual a única estrela troca pontos com uma das estrelas binárias e a ejeta do sistema.

Complexidades de objetos estendidos

Mas e se você tratar os corpos não como fontes pontuais, mas como objetos estendidos com raios reais (como é verdade na vida real)? Existem complexidades adicionais, como colisões quando as estrelas se sobrepõem, efeitos relativísticos gerais quando as estrelas passam muito próximas umas das outras e oscilações das marés à medida que as forças gravitacionais esticam as estrelas durante uma passagem próxima e depois soltam depois.

Em um estudo recentemente publicado, liderado por Johan Samsing (pesquisador de Einstein na Universidade de Princeton), os autores exploram como essas complexidades alteram o comportamento das interações binárias-únicas nos centros de densos aglomerados de estrelas.

Um exemplo - novamente no caso de um binário de anã branca - objeto compacto interagindo com um único objeto compacto - das seções transversais para diferentes tipos de interações. As trocas (triângulos) são geralmente as mais comuns e as colisões diretas (círculos) ocorrem com freqüência, mas as inspirações das marés (vantagens) podem ocorrer com frequência semelhante em tais sistemas. Inspirações devido à perda de energia por ondas gravitacionais (cruzamentos) também podem ocorrer.
Samsing et al. 2017

Como as marés mudam as coisas

Usando simulações numéricas com um código do corpo N e acompanhando argumentos analíticos, Samsing e colaboradores mostram que a maior mudança quando incluem efeitos como marés é um novo resultado que às vezes resulta da evolução caótica da interação tripla: inspirações das marés .

As inspirações de maré ocorrem quando uma passagem próxima cria oscilações de maré em uma estrela, drenando energia da órbita binária. Sob as condições certas, a perda de energia levará à inspiração das estrelas, resultando em uma fusão. Esse novo canal de fusões - semelhante às fusões devido à energia perdida pelas ondas gravitacionais - pode ocorrer com mais frequência do que as colisões em alguns sistemas.

Samsing e colaboradores demonstram que as inspirações de maré ocorrem mais comumente em binários amplamente separados e objetos de raio pequeno. As fusões altamente excêntricas de estrela anã branca e nêutron, por exemplo, podem ser dominadas por inspirações de maré.

Os autores apontam que essa população interessante de binários compactos excêntricos provavelmente resulta em assinaturas únicas de ondas eletromagnéticas e de ondas gravitacionais - o que sugere que novos estudos desses sistemas são importantes para melhor entender o que podemos esperar observar quando as estrelas se encontram em estrelas estelares densas. sistemas.

Citação

Johan Samsing et al. 2017 ApJ 846 36. doi: 10.3847 / 1538-4357 / aa7e32

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Este post foi publicado originalmente na AAS Nova, que apresenta destaques de pesquisas das revistas da American Astronomical Society.