科学家探索双中子星进化的“共有包层 ”阶段

据外媒报道,双中子星已经在银河系中被探测到,作为毫秒脉冲星,其发射的脉冲在银河系外被探测到两次。它们中的大多数的轨道周期不到一天--这与它们的祖先形成了鲜明的区别:大质量恒星双星的轨道周期为数百或数千天。在过去的几十年里,关于解释大质量双星如何过渡到双紧凑天体的问题一直有很多争论。迄今为止,解释这种过渡的有力竞争者之一是双星演化中高度复杂的阶段,即共有包层 (common envelope)阶段。

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共有包层阶段是质量转移事件的一个特殊结果。它始于(至少)其中一颗恒星的洛希瓣溢出,并且是由一个动态不稳定因素引发的。在一个简单的版本中,质量转移恒星的恒星包层--捐助星--膨胀并吞噬了整个双星,创造了一个由内部紧凑双星和一个共享的共有包层组成的新系统。内部双星与共有包层的相互作用导致了阻力,耗散的引力能量被转移到共有包层上,这可能会导致其弹射。一个成功的弹射表明可以形成一个紧凑的双星。但是"成功弹射"意味着什么呢?

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为了用三维流体力学模型探索共有包层阶段,科学家试图通过考虑一维恒星模型对包层移除的反应来解决共有包层演变的可能结果。在最近的一项研究中,科学家重点研究了带有中子星伴星的供体星的共有包层阶段的情况。我们通过部分或完全去除供体星的包层来模拟共有包层阶段。在该星被剥离后,研究人员跟踪其径向演变。最极端的情况下,结果与预期一致。如果你去除所有的包层,被剥离的恒星仍然是紧凑的。或者,如果留下大部分的包层,被剥离的恒星随后就会膨胀很多。问题是:在这两种极端情况之间会发生什么?

研究表明,当大部分包层,但不是全部包层被移除时,恒星会经历一个短暂的边缘收缩阶段(<100年),但总体而言,在接下来的1000年里,恒星仍然是紧凑的。这表明,一颗恒星不需要一直被剥离到核心来避免即将发生的恒星合并。此外,部分剥离包层所需的能量比完全去除包层所需的能量要少。最后,令人欣慰的是,科学家的结果显示与供体质量和组成的变化有很强的相关性。

这项研究在理解共有包层阶段和双中子星的形成方面向前迈出了一步。研究结果意味着,一颗恒星可以被剥离,而不会在共有包层之后立即经历洛希瓣溢出,这是一个成功的包层喷射的可能条件。它还表明,被剥离的恒星在其表面保留了几个太阳质量的奇特的、贫氢的物质。虽然这种数量的氢并不多,但它可能会在恒星的光谱中被观察到,并在其生命末期爆炸成超新星时发挥一定的作用。虽然对共有包层阶段的全面理解仍然难以捉摸,但研究人员正在将经历过共有包层阶段的系统的演化和命运的点连接起来。

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