Quanto dura un sistema stellare binario a contatto eccessivo?

Di recente ho letto di VFTS 352 , un sistema di stelle binarie a contatto eccessivo in cui entrambe le stelle hanno una massa approssimativamente uguale. Tutti i rapporti che ho letto (in pubblicazioni di tipo mediatico) hanno affermato che il sistema ha uno dei due destini: o le due stelle si fonderanno o supernova. Ma quando succederà?

La pagina di Wikipedia per i binari di contatto afferma che hanno una durata di vita compresa tra milioni e miliardi di anni, ma non dice se questo è diverso per i binari di overcontact. Dice anche che sono spesso confusi con buste comuni , che hanno una durata di mesi o anni, e non sono sicuro di dove si trovi un sovraccarico (o in realtà quale sia la distinzione, poiché la pagina per i binari di contatto dice condividono una busta, che suona la definizione di una busta comune). Inoltre, non sono sicuro che il fatto che entrambe le stelle abbiano una massa approssimativamente uguale influisce sulla durata della vita.

Gli articoli sui mass media che ho letto hanno insinuato che la fusione o la supernova si sta verificando presto, ma non so se questo è su scala umana (mesi) o galattica (milioni di anni).

Risposta breve: (forse)$t \lesssim 10^5\ \mathrm{years}$

Un "binario di overcontact" è solo un altro modo di dire "binario di busta comune". Le due frasi sono esattamente le stesse ed è frustrante che gli autori del documento VFTS 352 abbiano deciso di creare una propria convenzione - come se le classificazioni astrofisiche non fossero abbastanza confuse!

Esiste un binario di contatto su scale temporali che dipendono prevalentemente dall'evoluzione stellare, quindi capire per quanto tempo esisterà un binario di contatto dipende fortemente dalla massa, dalla metallicità e dalla rotazione della stella primaria tra le altre cose.

Derivare il calendario:

Manteniamo la portata di sistemi come VFTS 352, in cui il primario è massiccio e il binario ha un periodo orbitale inferiore a 4 anni (separazione 2,5 UA). Per avere un evento comune di inviluppo, le stelle devono aver traboccato i loro lobi di Roche. Il raggio per il lobo di Roche di due masse di punti è dove è la separazione. Per i binari vicini, la tendenza generale osservata è un rapporto di massa elevato . Quindi, se assumiamo , allora . Quindi, per un file binario con UA,

$$\begin{equation*} r_L = \frac{0.49 q^{\frac{2}{3}}}{0.6q^{\frac{2}{3}}+\mathrm{ln}(1+q^{\frac{1}{3}})}a \end{equation*}$$ $a$$q=M_2/M_1$$q=1$$r_L = 0.38a$$a<2.5$ $$\begin{align*} r_L &\lesssim 1\ \mathrm{AU}\\ r_L &\lesssim 215\ R_{\odot} \end{align*}$$ poiché è un limite superiore del raggio del lobo di Roche. Ora, eseguendo un banale riarrangiamento dell'equazione di luminosità del corpo nero , troviamo che Le stelle massicce in genere hanno una luminosità approssimativamente costante, quindi sceglieremo . Quindi, $q=1$$L=4\pi\sigma_{SB}R^2T^4$ $$\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*}$$ $L\approx10^5\ L_{\odot}$ $$\begin{equation*} R\approx 1\times10^{10}\bigg(\frac{1\ \mathrm{K}}{T}\bigg)^2 \ R_{\odot} \end{equation*}$$

La stella massiccia deve evolversi fino a quando il suo raggio è uguale a quello del raggio del lobo di Roche, quindi troviamo che la stella raggiunge la fase di inviluppo comune per Dando un'occhiata a un diagramma delle risorse umane, questa stella varia da circa a da ZAMS alla fine della sequenza principale. Pertanto, il primario trascorre circa 3/4 del suo tempo nella sequenza principale non nella fase di inviluppo comune. Quindi, la fase di inviluppo comune di questo binario dura, al massimo, 1/4 della vita totale del primario, che è dell'ordine di anni. Pertanto, il limite superiore per la scala cronologica di un evento di inviluppo comune con stelle massicce con rotazione trascurabile è

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

Si noti che questa derivazione non tiene conto dell'effetto di rigonfiamento che si verifica quando la separazione diminuisce. Ciò abbasserà sicuramente questo limite superiore, ma di quanto non ne sono sicuro. Potrebbe ridurlo di 1 anno o .$10^5\ \mathrm{years}$

I limiti inferiori di questa scala temporale sono del tutto ambigui e non particolarmente utili in qualsiasi contesto fisico. Le stelle potrebbero girare molto velocemente, avere una metallizzazione alta o bassa, il binario potrebbe avere un rapporto di massa diverso, potrebbe esserci un altro binario vicino e potrebbe esserci interazione magnetica (?). L'elenco potrebbe continuare! Sono sicuro che c'è qualcosa che ho lasciato fuori.

Gli articoli indicano uno dei due possibili esiti: fusione, seguita alla fine da esplosione di raggi gamma o separazione permanente, supernovae separate che portano a buchi neri binari.

Nel secondo caso le supernove saranno tra pochi milioni di anni, la durata tipica della vita per stelle massicce.

Nel primo caso la fusione potrebbe avvenire prima, forse centinaia di migliaia di anni, quindi "presto" in termini astronomici, ma a lungo rispetto a una vita umana.