Астрофизика тесной системы "гигант + компактная"

[Munin]

Мы знаем, что когда гигант достигает сферы Роша, начинается стекание вещества с него на компактный объект, возникает аккреционный диск и его излучение, возникают повторные новые и рентгеновские барстеры.

Но это всё "на стороне компактного объекта". А что на стороне гиганта? Вопросы к тем, кто разбирается или может быстро посчитать оценки (остальных прошу не беспокоиться):

1. Какова величина приливного трения в гиганте, вызванного близостью компактного соседа? Может ли она привести к тому, что компактный сосед быстро "падает" в гигант? (Погрузившись в газ, он моментально теряет скорость и падает в ядро, сливается с ним. Само это событие может выглядеть как взрыв, поскольку сопровождается всплеском ядерного синтеза, а в итоге может получиться звезда, внешне выглядящая как обычный гигант - если взрыв не разнесёт её в клочья.) Или это явление происходит гораздо медленнее, чем "снятие верхних слоёв с гиганта" при сближении? Если скорости этих процессов хотя бы сравнимы, или могут соотноситься по-разному, то не исключено, что часть звёздного населения, которое мы наблюдаем - не совсем звёздное, а испытало такую эволюцию.

2. Правильно ли я понимаю, что при изначально эллиптической орбите она эволюционирует в $\varepsilon=0,$ и сравнительно быстро? Для механизма я могу представить себе только то же самое приливное трение в перицентре. Может быть даже, орбита становится круговой ещё раньше, чем система становится тесной? Каковы оценки этого процесса? (Если нет, то аккреционные объекты должны демонстрировать периодичность, равную периоду обращения в двойной системе, а я про это не слышал - видимо, этого нет.)

-- 10.06.2014 18:16:29 --

3. Гы. Если гигант - физическая переменная (цефеида, и сколько там ещё похожих типов есть), то всё равно аккреция должна быть периодической: гигант то распухает, то сжимается.

[Pphantom]

Munin в сообщении #874044 писал(а):

1. Какова величина приливного трения в гиганте, вызванного близостью компактного соседа? Может ли она привести к тому, что компактный сосед быстро "падает" в гигант?

Быстро - не может.

Munin в сообщении #874044 писал(а):

(Погрузившись в газ, он моментально теряет скорость и падает в ядро, сливается с ним.

Это тоже процесс очень медленный, его характерные времена превышают характерные времена существования красных гигантов.

Munin в сообщении #874044 писал(а):

2. Правильно ли я понимаю, что при изначально эллиптической орбите она эволюционирует в $\varepsilon=0,$ и сравнительно быстро?

Да, но не быстро.

Munin в сообщении #874044 писал(а):

3. Гы. Если гигант - физическая переменная (цефеида, и сколько там ещё похожих типов есть), то всё равно аккреция должна быть периодической: гигант то распухает, то сжимается.

В цефеидах распределение плотности с радиусом мало меняется при изменении блеска, переменность обусловлена в основном перемещением фотосферы.

[Munin]

Pphantom в сообщении #874084 писал(а):

Это тоже процесс очень медленный, его характерные времена превышают характерные времена существования красных гигантов.

Ого! Там же начинается гидродинамическое сопротивление, да и падение газа на компактный объект "утяжеляет" его (наверняка в разы, в конечном счёте), не добавляя момента.

Pphantom в сообщении #874084 писал(а):

В цефеидах распределение плотности с радиусом мало меняется при изменении блеска, переменность обусловлена в основном перемещением фотосферы.

Ну так этого и достаточно, чтобы фотосфера "зачёрпывала" сферу Роша и точку вытекания газа, разве нет?

Pphantom в сообщении #874084 писал(а):

Быстро - не может.

Pphantom в сообщении #874084 писал(а):

Да, но не быстро.

Какие здесь оценки времени, по порядку величины? Как они соотносятся с характерными временами отдельных компонентов и самой системы?

[Pphantom]

Munin в сообщении #874112 писал(а):

Ого! Там же начинается гидродинамическое сопротивление, да и падение газа на компактный объект "утяжеляет" его (наверняка в разы, в конечном счёте), не добавляя момента.

Там характерные плотности порядка $10^{-12}~\text{г/см}^3$, и то не всегда. Так что процесс это в целом очень не быстрый. При этом "горячие юпитеры" или бурые карлики (а, возможно, и красные карлики) скорее вообще испарятся, нежели их масса увеличится - они движутся в атмосфере со сверхзвуковой скоростью, перед ними получается ударная волна, вещество греется и т.д.

Есть одно своеобразное исключение, получающееся при определенных условиях, если компактный компонент - нейтронная звезда. Это т.н. "объект Торна-Житковой" (Thorne-Żytkow object, встречается сокращение TZO). Модельные прикидки и расчеты для них делались, и там время получается небольшим, порядка тысяч лет. Но препринт про единственный известный сейчас кандидат в такие объекты был размещен в arXiv'е 30 мая сего года, так что вопрос о его реальности, пожалуй, можно считать открытым.

Munin в сообщении #874112 писал(а):

Ну так этого и достаточно, чтобы фотосфера "зачёрпывала" сферу Роша и точку вытекания газа, разве нет?

Так ведь фотосфера - это просто граница последнего рассеяния, а не физически выделенное место, до которого вещество есть, а потом - нет. Ее перемещение не означает, что на каком-то фиксированном расстоянии от центра существенно меняется плотность.

Но дело, вообще говоря, даже не в этом. Если двойную систему имеет смысл рассматривать как двойную (объекты сравнимы по массе), то ситуация с попаданием одного из них в другой почти невозможна. Дело в том, что размеры красного гиганта ограничены полостью Роша, а второй объект оказаться в полости Роша первого не может по определению. Попытка его туда засунуть приведет просто к изменению эквипотенциальной поверхности, полость Роша гиганта станет меньше, а "лишнее" вещество разлетится во все стороны (нечто подобное получается в системах типа $\beta$ Lyrae). Другой картина будет только в двух случаях:
1) Если масса второго компонента достаточно мала, чтобы он вел себя в атмосфере красного гиганта, грубо говоря, как этакий метеорит, не приводящий к глобальному перестроению этой самой атмосферы (результат я уже описывал - медленное и печальное движение внутри с некоторыми возможными эффектами, но очень долго).
2) Если масса второго компонента не слишком мала (хотя и существенно меньше, чем у гиганта), но его буквально впихнули в красный гигант - это как раз TZO. Такое может получиться, если взрыв сверхновой был несимметричным, и образовавшаяся нейтронная звезда случайно получила приличный импульс в сторону гиганта. Тогда внешняя оболочка гиганта просто не успевает разлететься.

Munin в сообщении #874112 писал(а):

Какие здесь оценки времени, по порядку величины? Как они соотносятся с характерными временами отдельных компонентов и самой системы?

Для TZO, как я уже писал - тысячи лет, для всего остального - как минимум миллиард-два, т.е. больше, чем длится сама стадия красного гиганта.

[Munin]

Pphantom в сообщении #874140 писал(а):

Это т.н. "объект Торна-Житковой" (Thorne-Żytkow object, встречается сокращение TZO).

Вот! Точно! Недавно натыкался на это словосочетание, вот, видимо, оно и всплыло в голове.

А чем они от звёзд отличаются по внешнему виду, какие критерии на кандидатов?

Pphantom в сообщении #874140 писал(а):

так что вопрос о его реальности, пожалуй, можно считать открытым. :D

Ну, чёрные дыры и бурые карлики тоже потихоньку начинались...

Аналоги TZO для БК и ЧД придуманы, или нет ещё? :-)

Pphantom в сообщении #874140 писал(а):

Так ведь фотосфера - это просто граница последнего рассеяния, а не физически выделенное место, до которого вещество есть, а потом - нет.

Насколько я помню, ступенька плотности там всё-таки есть, как раз потому, что вне фотосферы начинается солнечный звёздный ветер. Ну и ступенька всех остальных параметров тоже.

Pphantom в сообщении #874140 писал(а):

Дело в том, что размеры красного гиганта ограничены полостью Роша, а второй объект оказаться в полости Роша первого не может по определению.

Вот мой вопрос был как раз о том, что гигант ограничен полостью Роша, потому что с некоторой скоростью "подравнивается" под неё: лишний газ стекает. А возможно ли, что другие процессы обгонят эту скорость, и гигант "запоздает" относительно полости Роша?

Pphantom в сообщении #874140 писал(а):

Для TZO, как я уже писал - тысячи лет, для всего остального - как минимум миллиард-два, т.е. больше, чем длится сама стадия красного гиганта.

Ну, если миллиарды, тогда понятно, вопрос закрыт.

[Pphantom]

Munin в сообщении #874155 писал(а):

А чем они от звёзд отличаются по внешнему виду, какие критерии на кандидатов?

Красные сверхгиганты с нестандартным химическим составом атмосферы. Соответственно, искать сложно - нужна хорошая спектроскопия и последующая нетривиальная обработка данных, сделать это как-то легко и автоматически малореально.

Munin в сообщении #874155 писал(а):

Аналоги TZO для БК и ЧД придуманы, или нет ещё?

Для черных дыр, по-видимому, это еще менее реально, а с белыми карликами совсем не получится - их в гигант нечему заталкивать. Правда, когда-то, кажется, кто-то предлагал как вариант, что TZO образуется просто при случайном столкновении одиночного гиганта с одиночной же нейтронной звездой (и то же самое принципиально возможно и для белого карлика), но вероятность подобного события ничтожно мала.

Munin в сообщении #874155 писал(а):

Насколько я помню, ступенька плотности там всё-таки есть, как раз потому, что вне фотосферы начинается солнечный звёздный ветер. Ну и ступенька всех остальных параметров тоже.

Нет, практически ничего. Это только видимая граница (более того, ее положение, вообще говоря, зависит от длины волны наблюдений).

Munin в сообщении #874155 писал(а):

Вот мой вопрос был как раз о том, что гигант ограничен полостью Роша, потому что с некоторой скоростью "подравнивается" под неё: лишний газ стекает. А возможно ли, что другие процессы обгонят эту скорость, и гигант "запоздает" относительно полости Роша?

Эта "подстройка" происходит на временах порядка динамического. Для сверхгиганта - годы, максимум десятки лет, это очень мало.

[Munin]

Pphantom в сообщении #874168 писал(а):

Соответственно, искать сложно - нужна хорошая спектроскопия и последующая нетривиальная обработка данных, сделать это как-то легко и автоматически малореально.

Ну почему, нужно большой широкоугольный спектроскоп построить... и вывести на орбиту :-) Строят же телескопы для других подобных узких задач, тот же Hipparcos, и кто там ещё регулярно небо мониторит на тему астероидов и комет...

Pphantom в сообщении #874168 писал(а):

Для черных дыр, по-видимому, это еще менее реально, а с белыми карликами совсем не получится - их в гигант нечему заталкивать.

Вспышка новой для этого слабовата? Или всегда слишком симметрична?

Pphantom в сообщении #874168 писал(а):

Правда, когда-то, кажется, кто-то предлагал как вариант, что TZO образуется просто при случайном столкновении одиночного гиганта с одиночной же нейтронной звездой (и то же самое принципиально возможно и для белого карлика), но вероятность подобного события ничтожно мала.

Пролёт звезды мимо системы 1+2, разрушающий пару 2, так что одна из половинок прицельно попадает в 1 :-)

Pphantom в сообщении #874168 писал(а):

Эта "подстройка" происходит на временах порядка динамического.

Ясно. Ну точно, вопрос закрыт.

Я бы, может быть, даже сам это мог сообразить, но не смог. Спасибо за объяснения!

[Pphantom]

Munin в сообщении #874174 писал(а):

Ну почему, нужно большой широкоугольный спектроскоп построить... и вывести на орбиту Строят же телескопы для других подобных узких задач, тот же Hipparcos, и кто там ещё регулярно небо мониторит на тему астероидов и комет...

Проблема не в спектроскопе самом по себе (хотя и это не так просто), а в том, что обработка данных с него - это большой и ручной труд, занимающий много времени даже для одной звезды. А поскольку каких-то очевидных признаков нет, то не перебирать же все подряд красные гиганты в поисках...

Munin в сообщении #874174 писал(а):

Вспышка новой для этого слабовата? Или всегда слишком симметрична?

И то, и другое.

Munin в сообщении #874174 писал(а):

Пролёт звезды мимо системы 1+2, разрушающий пару 2, так что одна из половинок прицельно попадает в 1

Да, одна такая штука в Метагалактике за время существования Вселенной, возможно, и есть.

[Munin]

Pphantom в сообщении #874181 писал(а):

Проблема не в спектроскопе самом по себе (хотя и это не так просто), а в том, что обработка данных с него - это большой и ручной труд, занимающий много времени даже для одной звезды.

Ну, значит, эта проблема весьма скоро будет решена методами распознавания образов и прочего искусственного интеллекта. Я верю в прогресс! :-)

Pphantom в сообщении #874181 писал(а):

Да, одна такая штука в Метагалактике за время существования Вселенной, возможно, и есть. :D

Зря вы так. Тройных звёзд много, близких прохождений - тоже (взять хотя бы в звёздных скоплениях), а то, что всё это случается вблизи от звезды, увеличивает шансы прицельно попасть по третьему компоненту. По крайней мере, нужны какие-то статистические прикидки, а не просто отметать идею. Ну ладно, не нравится - не нравится.

[Pphantom]

Munin в сообщении #874225 писал(а):

Ну, значит, эта проблема весьма скоро будет решена методами распознавания образов и прочего искусственного интеллекта. Я верю в прогресс!

Как известно, пессимист - это хорошо информированный оптимист.

Munin в сообщении #874225 писал(а):

Зря вы так. Тройных звёзд много, близких прохождений - тоже (взять хотя бы в звёздных скоплениях), а то, что всё это случается вблизи от звезды, увеличивает шансы прицельно попасть по третьему компоненту. По крайней мере, нужны какие-то статистические прикидки, а не просто отметать идею. Ну ладно, не нравится - не нравится.

А подобные задачи решали (не в применении к образованию подобных объектов, а просто для оценки частоты столкновения звезд), так что результат известен. В интересующем же нас случае частота будет еще меньше - красные гиганты встречаются куда реже, чем звезды вообще, и даже их большие размеры это не компенсируют.

[Xugin]

Pphantom в сообщении #874168 писал(а):

Красные сверхгиганты с нестандартным химическим составом атмосферы

А кривая блеска останется для такой штуки?

[Pphantom]

Xugin в сообщении #874259 писал(а):

А кривая блеска останется для такой штуки?

Что значит "останется"?

[Munin]

Pphantom в сообщении #874243 писал(а):

красные гиганты встречаются куда реже, чем звезды вообще

А-а-а, я про этот фактор (factor) забыл.

Xugin в сообщении #874259 писал(а):

А кривая блеска останется для такой штуки?

Конечно, останется. "Нестандартный химсостав" - это на уровне мелких примесей. В остальном физически это обычная звезда, по крайней мере, внешние слои её.