Dvojni sistemi

Dvojni sistemi značajni su iz dva razloga: s jedne strane, veliki broj zvezda, oko 50%, čini dvojne sisteme, a sa druge, kad su zvezde dovoljno blizu da utiču jedna na drugu (tesno dvojni sistemi), one predstavljaju izuzetnu laboratoriju za proveru teorija evolucije zvezda u njihovim različitim fazama, uključujući i kompatkne ostatke karakteristične za poslednje faze.

Uprkos svojoj prividnoj jednostavnosti, dvojni sistemi često su veoma složeni. Oni se sastoje od jedne sjajnije, primarne zvezde i jedne sekundarne zvezde (pratioca). U većini slučajeva, mase tih zvezda se znatno razlikuju, što podrazumeva da one različito evoluiraju. Po Keplerovom zakonu poznato je da će dve tačkaste mase M1 i M2 kružiti oko zajedničkog centra gravitacije. Lagranž je rešio problem ekvipotencijalnih površi, tj. površi na kojima je gravitaciono privlačenje sistema M1 i M2 konstantno. Ograničena površina, čiji presek ima oblik 8, poznata je pod imenom Rošova površ. Kad je poluprečnik jedne zvezde u sistemu istog reda veličine kao i uzajamno rastojanje para, njena površina poprima oblik jajeta koji je takođe ekvipotencijalan. U graničnom slučaju, kad se jedna zvezda tokom svoje evolucije toliko uveća, da prepuni svoju Rošovu površ, počeća prelaz njene materije na pratioca kroz presečnu tačku osmice (Lagranžova tačka). Usled centrifugalne sile, prelaz materije nije radijalan, već spiralan, preko akrecionog diska.

Prenos mase i evolucija

Zahvaljujući mogućnosti razmene mase, evolucija zvezda jednog tesno dvojnog sistema razlikuje se od evolucije izolovanih zvezda.

Moguća su tako dva modela evolucije: konzervativan, u kojem je očuvana ukupna masa sistema (M1+M2) i nekonzervativan, u kojem bar jedna zvezda znatno gubi masu, npr. usld zvezdanog vetra (dovoljno je da brzina zvezdanog vetra premaši brzinu oslobađanja u dvojnom sistemu) ili usled eksplozije supernove. Očigledno, postoji veliki broj mogućih slučajeva evolucije zvezda tesnog dvojnog sistema.

Primer konzervativnog modela evolucije: Tesno dvojni sistem čine zvezda mase M1=25 Ms i M2=10 Ms. Masivnija, primarna zvezda brže evoluirai postaje crveni superdžin. Taj višak materije prelazi na pratioca, čija se masa postepeno povećava do M2=28 MS.U isti mah, M1 se smanjuje, njen zvezdani vetar, nedovoljno brz da bi pobegao iz Rošove površi, ogoljuje njeno jezgro i ona eksplodira kao supernova, ostavljajući za sobom neutronsku zvezdu. Pratilac nastavlja da evoluira, te i sam postaje crveni superdžin. Tada njegova materija prepuni njegovu Rošovu površi višak se vraća pratiocu, dakle, u obrnutom smeru. Jako trenje u unutrašnjim delovima akrecionog diskapo većava temperaturu do velikih vrednosti (otud emisija X zraka) u blizini neutronske zvezde. Detaljan model pokazuje da se period obillaska produžuje, u ovom primeru sa 10 dana (početna hipoteza) na 31 dan. To objašnjava dvojne zvezde velike mase koje emituju X zrake i imaju duge periode.

Primer nekonzervativnog modela evolucije: Tesno dvojni sistem čine vrlo masivna primarna zvezda (M1=57 Ms) i pratilac čija je masa deset puta manja (M2=5,7 Ms). Vetar masivnije zvezde vrlo je jak i brz (brzina mu je mnogo veća od brzine oslobađanja u dvojnom sistemu). Primarna zvezda brzo evoluira i gubi veoma veliki deo svoje mase, a istovremeno se povećava. U trenutku kad ispuni Rošovu površ već je izgubila gotovo 20 Ms.

Zatim se gubitak mase nastavlja, ali i dalje izvan sistema, u tom slučaju količina materije u akrecionom disku je zanemarljiva. Dve zvezde evoluiraju svaka za sebe do onog trenutka kad i pratilac ispuni svoju Rošovu površ, tada je masa primarne zvezde već opala do 10 Ms. Akrecija materije, iako se ne dešava na kompaktnom objektu, proizvodi temperaturu koja je dovoljna da se pojave X zraci. Usled znatnog gubitka mase primarne zvezde, period obilaska se jako skraćuje sa 30 dana (početna hipoteza) na pola dana, a zatim se polako produžava dok ne dostigne 1,7 dana. Na taj način se objašnjavaju masivne dvojne zvezda koje su izvori X zraka i imaju kratak period.
Do danas je potvrđeno postojanje dvojnih pulasra, što omogućuje spajanje dve neutronske zvezde u crnu rupu, pod uslovom da zbir njihovih masa prelazi 3 Ms.