Grundzüge der Entwicklung

Entwicklung
enger
Doppelsterne
Inhalt
Einleitung
Einige theoretische Bemerkungen
Entwicklung enger Doppelsterne
1 ) Entwicklung der Primärkomponente
2) Entwicklung der Sekundärkomponente
Einleitung
Mehr als die Hälfte aller Sterne sind in Mehrfachsystemen und
Doppelsternen eingebunden - die um ihren gemeinsamen
Schwerpunkt kreisen.
What is their frequency?
It turns out that most stars are mutiple!
48 % of stars are single.
36 % of stars are binary.
12 % of stars are triple.
4 % of stars are in quadruple systems.
This has important implications for theories of star formation.
Einleitung
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
Press Release
Release No.: 06-11
For Release: Monday, January 30, 2006
Note to editors: An image to accompany this release is
online at
http://www.cfa.harvard.edu/press/pr0611image.html.
Most Milky Way Stars Are Single
Cambridge, MA - Common wisdom among astronomers holds
that most star systems in the Milky Way are multiple,
consisting of two or more stars in orbit around each other.
Common wisdom is wrong. A new study by Charles Lada of the
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) demonstrates
that most star systems are made up of single stars. Since planets
probably are easier to form around single stars, planets also may
Einleitung
In engen Doppelsternen:
 Auftreten starker wechselseitiger Gezeitenkräfte
 Bestrebung: Synchronisierung der Rotationsperiode
& Bahnumlauf
Direkte physikalische Wechselwirkung:
- Gemeinsame Gashüllen
- Gasstrom von einer Komponente zur anderen
- Gasstrom nicht direkt auf 2. Komponente – bildet,
wegen Drehimpulserhaltung, rotierende
Akkretionscheibe
Einleitung
Modellvorstellung
Einleitung
Ursache für den Massenaustausch  Veränderung der Sternradien,
vorallem im Nachhauptreihenstadium
Definition: in allen Doppelsternsystemen
 Massereichere HR-Komponente = Primärkomponente
 Masseärmere HR-Komponente = Sekundärkomponente
unabhängig davon, ob sich eventuell im Laufe der späteren
Entwicklung das Massenverhältnis umdreht
Einige theoretische Gedanken
Betrachtung:
Äquipotentialfläche eines Doppelsystems, dessen Komponenten
anfangs noch getrennt sind:
P
r1
r2
M1
M2
Dann haben wir im Punkt P ein Graviationspotential ΦG
ΦG = -G
{r
M1
1
+
M2
r2
}
Einige theoretische Gedanken
Rotation des Systems mit Winkelgeschwindigkeit ω
 die Zentrifugalkraft zω2 kann durch ein zusätzliches
Potential Φz dargestellt werden:
Φz =
z2 ·
ω2
2
z = Abstand von der Drehachse
ω
z
Drehachse
Einige theoretische Gedanken
Auf einer nun resultierenden Potentialfläche
Φ
Φz
=
=
-G
ΦG
+
{r
M1
1
+
M2
r2
}+
z2 · ω 2
2
kann ein Probekörper ohne Arbeitsaufwand bewegt werden.
(z.B: Meeresoberfläche)
Einige theoretische Gedanken
Von innen nach außen:
Sind in Doppelsternsystemen beide Komponenten zunächst
von ihren eigenen geschlossenen Äquipotentialflächen umgeben
bis zu einer gemeinsamen Fläche : = Rochefläche o.
Rochesche Grenzfläche
Weiter außen: alle Flächen umhüllen beide Massen gemeinsam
[1848: französische Mathematiker Edouard Roche (1820-1883)
erkannte den Zusammenhang bei der Berechnung der Entfernung,
bei der ein Satellit (z.B. Mond) durch die Gezeitenkräfte seines
Zentralgestirns zerrissen wird.]
Einige theoretische Gedanken
Von innen nach außen:
Sind in Doppelsternsystemen beide Komponenten zunächst
von ihren eigenen geschlossenen Äquipotentialflächen umgeben
bis zu einer gemeinsamen Fläche : M
= 1Rochefläche o.M2
Rochesche Grenzfläche
Weiter außen: alle Flächen umhüllen beide Massen gemeinsam
[1848: französische Mathematiker Edouard Roche (1820-1883)
erkannte den Zusammenhang bei der Berechnung der Entfernung,
bei der ein Satellit (z.B. Mond) durch die Gezeitenkräfte seines
Zentralgestirns zerrissen wird.]
Schwerpunkt
Einige theoretische Gedanken
Von innen nach außen:
Sind in Doppelsternsystemen beide Komponenten zunächst
von ihren eigenen geschlossenen Äquipotentialflächen umgeben
bis zu einer gemeinsamen Fläche : = Rochefläche o.
Rochesche Grenzfläche
Weiter außen: alle Flächen umhüllen beide Massen gemeinsam
[1848: französische Mathematiker Edouard Roche (1820-1883)
erkannte den Zusammenhang bei der Berechnung der Entfernung,
bei der ein Satellit (z.B. Mond) durch die Gezeitenkräfte seines
Zentralgestirns zerrissen wird.]
Einige theoretische Gedanken
Von innen nach außen:
Sind in Doppelsternsystemen beide Komonenten zunächst
von ihren eigenen geschlossenen Äquipotrentialflächen umgeben
bis man zu einer gemeinsamen Fläche kommt: = Rochefläche o.
Rochesche Grenzfläche
Rochesches Volumen
Einige theoretische Gedanken
Unterscheidung von
Halbgetrenntes System
Kontaktsysteme
Getrenntes System
… entsprechend der räumlichen Ausfüllung des Rocheschen
Volumens
Grundzüge der Entwicklung
 aufbauend auf Ergebnissen für Einzelsterne
 Was im Einzelnen geschieht =
f (anfängliche Sternmassen, Abstand,
Massen- & Drehimpulsverlust)
 daraus resultiert große Vielfalt möglicher
Doppelsternkonfigurationen
(erklärt mit den Zoo von Veränderlichen)
Grundzüge der Entwicklung
Annahme: Massen M1 & M2 beider Komponenten seien nicht
identisch (meistens)
Dann:
 entwickelt sich massenreichere Primärkomponente als
erste zu einem Roten Riesen  Vergrößerung von R
 wächst R über Rochesche Fläche hinaus  Materiefluß
durch den inneren Lagrangepunkt L1 auf Komponente 2
 so entsteht ein System, bei dem die weiterentwickelte
Komponente die kleinere Masse hat

fällt aus Masse-Leuchtkraft-Beziehung heraus
Grundzüge der Entwicklung
 Änderung des Abstandes beider Komponenten als Folge
des Massenaustausches:
für den Fall:  M1 + M2 = const.
&
 der gesamte Bahndrehimpuls L
bleibt erhalten
L = a21 M1 ω
+ a22M2 ω
ω = Kreisfrequenz des Bahnumlaufes =
= const.
2π
P
= Bahnperiode
ai = Abstand der i –ten Komponente vom Schwerpunkt
Grundzüge der Entwicklung
 nun Einsetzen in L = … :
Schwerpunktsatz
&
 Ergebnis:
M1 a1 = M2 a2
3. Keplersche Gesetz
ω2 a3 = G (M1 + M2)
Abstand a ist proportioanl zu folgender Funktion
des Massenverhältnisses q = M1 / M2
a 
(1 + q)4
q2
 beide Sterne befinden sich im minimalen Abstand, wenn q = 1,
d.h.
M1 = M2
 Radius der beiden Rocheflächen hängt
- zum einen von q ab,
- zum anderen ist er direkt propotional zum Abstand a
Grundzüge der Entwicklung
 Für die meisten Systeme beginnt starke Wechselwirkung erst,
wenn eine Komponente sich von der Hauptreihe
wegentwickelt
 Ausnahme: W UMa-Sterne
… sind so eng, dass sich ihre Roche-Flächen bereits
im Hauptreihenstadium berühren
W Ursae Majoris Sternsysteme
Das W UMa Sternsystem
- gibt der Klasse der Kontaktsysteme innerhalb der Bedeckungsveränderlichen seinen Namen
- zwei sich berührende, sonnenähnliche Sterne (0.8 bzw. 1.14 M8)
- mit gemeinsamer äußerer Gashülle
- umkreisen sich
dreimal am Tag
Grundzüge der Entwicklung
Wechselwirkung von engen Doppelsternen, wenn eine
Komponente sich von HR wegentwickelt:
 bereits bevor Stern 1 seine Roche-Fläche ausfüllt:
- Aufheizung des kühleren HR-Begleiters,
- Inititieren von Oberflächenaktivität
(mögliche Ursache für starke Röntgen- & Radioemissionen
der RS CVn Veränderlichen (= RS Canum Venaticorum )
 erreicht Stern 1 seine Roche-Fläche:
- erst Phase mit großen Massenstrom durch L1 in relativ
kurzer Zeit (≈ tHK) bis
M1 ≈ M2
- dann: Phase mit Phase mit langsameren Gasstrom (≈ tn)
Grundzüge der Entwicklung
Wechselwirkung von engen Doppelsternen, wenn eine
Komponente sich von HR wegentwickelt:
 bereits bevor Stern 1 seine Roche-Fläche ausfüllt:
- Aufheizung des kühleren HR-Begleiters,
- Inititieren von Oberflächenaktivität
(mögliche Ursache für starke Röntgen- & Radioemissionen
der RS CVn Veränderlichen)
 erreicht Stern 1 seine Roche-Fläche:
Aus
- erst Phase mit großen Massenstrom durch L1 in relativ
Niel Brandt
kurzer Zeit (≈ t ) bis M1 ≈ M2
AstronomievorlesungHK
- dann: Phase
Pennsylvania
Statemit Phase mit langsameren Gasstrom (≈ tn)
University
Grundzüge der Entwicklung
Wechselwirkung von engen Doppelsternen, wenn eine
Komponente sich von HR wegentwickelt:
 erreicht Stern 1 seine Roche-Fläche:
1) erst: Phase mit großen Massenstrom durch L1 in relativ
kurzer Zeit (≈ tHK) bis
M1 ≈ M2
2) folgend: Phase mit Phase mit langsameren Gasstrom (≈ tn)

M
Grundzüge der Entwicklung
Vergleich mit Beobachtungen von Bedeckungsveränderlichen
 β Lyrae in der ersten Phase
Grundzüge der Entwicklung
Vergleich mit Beobachtungen von Bedeckungsveränderlichen
 β Lyrae in der ersten Phase
 Algol (β Persei) in der zweiten Phase
Mass transfer in binaries
John M. Blondin, Marcedes T. Richards, Michael L. Malinowski
(North Carolina State University)
Grundzüge der Entwicklung
Vergleich mit Beobachtungen von Bedeckungsveränderlichen
 β Lyrae in der ersten Phase
 Algol (β Persei) in der zweiten Phase
Beide Systeme:
gemeinsame Gashülle  das ist ein Hinweis: Stern 2
kann den Gasstrom nicht vollständig aufnehmen
 Verlust von M & Drehimpuls !
Grundzüge der Entwicklung
Weitere Entwicklung Roter Riese + HR-Stern:
 R1 verkleinert sich durch Verlust
der H-reichen Hülle oder/und
Einsetzen des He-Brennens
 Stern 1 zieht sich von Roche-Grenze
zurück  Massenstrom versiegt
 alle Brennen im Stern 1 beendet
 Kontraktion zu WZ oder NS
 Ergebnis:
relativ weites Doppelsternpaar mit
einen HR-Stern als massenreichere
Sekundärkomponente
& WZ o. NS als Primärkomponente
(wenn SN System nicht kaputt macht)
Grundzüge der Entwicklung
Entwicklungsequenz
Zeitliche
Stern 1
Stern 2
Entwicklung
Weitere Entwicklung Roter Riese + HR-Stern:
q = M1/M2 = 2
1)
 R1 verkleinert sich durch Verlust
der H-reichen Hülle oder/und
Beginn MasseVerlust bei Stern 1
2)
q = M1/M2 = ½
3)
Einsetzen des He-Brennens
 Stern 1 zieht sich von Roche-Grenze
zurück  Massenstrom versiegt
 alle Brennen im Stern 1 beendet

Ende M bei q = 1/10,
letzter Kontakt mit Rochefl.
 Kontraktion zu WZ oder NS
4)
 Ergebnis:
relativ weites Doppelsternpaar mit
Kontraktion zu
kompakten Stern
einen HR-Stern als massenreichere
5)
Sekundärkomponente
& WZ o. NS als Primärkomponente
(wenn SN System nicht kaputt macht)
Rotationsachse
Grundzüge der Entwicklung
Auf dem Wege zu diesen Konfigurationen:
 Anomalien in den Elementhäufigkeiten an der
Sternoberfläche
 Folge des H- & He-Brennens in Verbindung mit dem
starken Massenausstausch:
- OB Sterne mit CNO-Anomalien
- Wolf-Rayet-Sterne
- Bariumsterne
Grundzüge der Entwicklung
 da HR-Lebenszeit der Sterne =

f (M)
Primärkomponente erreicht zuerst eine Endphase
 später:
- Sekundärkomponente  zum Roten Riesen,
nun mit vertauschten Rollen
- da kompakte Primärkomponente tiefes Gravitationspotential
 effektives Aufsammeln der überströmenden Materie
- ist Stern 1 ein NS:
 verschiedene Erscheinungsformen
der Röntgendoppelsterne
 hält Akkretion lang genug an  Bildung SL
Grundzüge der Entwicklung
 Erscheinungsformen der Röntgendoppelsterne
Primärkomponente ist stets ein NS oder Schwarzes Loch !
 Ursache der Röntgenemission: Akkretion der überströmenden Materie
auf einen Neutronenstern oder Schwarzen Loch
(mit/ohne Scheibe)
 Röntgenleuchtkraft so hoch (1027-1032 W)  nicht vom WZ möglich
 Röntgenpulse kurzer Periode  NS
 Energiequelle für Röntgenemission:
freiwerdende potentielle Gravitationsenergie des akkretierenden Gases

GM
Lx = M
R
um L = 1031 W zu produzieren genügt geringer

Gasstrom bei MPrimär = 1 M8 & M = 10-8 M8/yr
Grundzüge der Entwicklung
 Erscheinungsformen der Röntgendoppelsterne
 Massereiche RDS:
- Sekundärkomponente: junger OB-Stern mit M > 10 M8
- Lx/Lopt = 10-3…10
- NS hat starkes Magnetfeld  Materiestrom auf die Pole
 Massearme RDS:
- stark im weichen Röntgenbereich strahlend (Lx > 1027W),
nicht gepulsed
- Teil: Röntgenburster zeigen unregelmäßige Ausbrüche
- Objekte zum Milchstraßenzentrum hin konzentriert  alte Objekte:
Magnetfeld des NS weitgehend bereits zerfallen (B = 104…6 T),
wesentlich schwächer  deshalb Gasstrom in
Akkretionsscheibe
Grundzüge der Entwicklung
 da HR-Lebenszeit der Sterne =

f (M)
Primärkomponente erreicht zuerst eine Endphase
 später:
- Sekundärkomponente  zum Roten Riesen,
nun mit vertauschten Rollen
- da kompakte Primärkomponente tiefes Gravitationspotential
 effektives Aufsammeln der überströmenden Materie
- ist Stern 1 ein NS:
 verschiedene Erscheinungsformen
der Röntgendoppelsterne
 hält Akkretion lang genug an  Bildung SL
Cygnus X-1
Optisches
Bild
- Entdeckt: 1972, kanadischer Astronom: Tom Bolton
- Cyg X-1 hat einen blauweißen Riesen (Spektraltyp O9.7)
als Begleiter mit 18 M8, R = 17R8, mv = 8.84mag,
Umlaufzeit beträgt nur 5.6 d
- physikalische Abstand des Doppelsterns nur 20 R8!
- das kompakte Objekt (SL-Kandidat) hat eine Masse
von etwa 5 bis 8 oder 16 Sonnenmassen.
X-ray Exosat
Grundzüge der Entwicklung
 Liste heute bekannter stellarer SL-Kandidaten
Objekt
Entfernung
Wirt
XTE J1118+480
Cyg X-1
SS 433
Cyg X-3
GRS 1915+105
1.8 kpc
2.0 bis 2.5 kpc
3.0 kpc (NS o. SL)
10.0 kpc (NS o. SL)
12.5 kpc
Begleitstern
blauweißer Riesenstern
Begleitstern
Wolf-Rayet Stern
Begleitstern
http://www.mpe.mpg.de/~amueller/astro_co.html
XTE J118+480 (Entdeckung 2001)
 ein SXT (Soft X-ray Transient) = Quelle die
übergehend sehr hell im Bereich der
weichen Röntgenstrahlung leuchtet.
 Entdeckung: während einer Röntgendurchmusterung, März 2000, RXTE All-Sky Monitor
 sitzt im Galaktischen Halo (Ursa Major)
 Entfernung ≈ 1.8 kpc
= nächst liegender
SL Kandidat
 Binärsystem: SL 6.0 - 7.7 M8
+ Begleitstern 0.09 - 0.5 M8
 Quelle zeigt quasi-periodische Oszillationen
im Bereich von wenigen Hertz,
 globalen, räumlichen Schwingungen
in der Akkretionsscheibe
 Plasmaausströmungen
Grundzüge der Entwicklung
 da HR-Lebenszeit der Sterne = f (M)
Primärkomponente erreicht zuerst eine Endphase
 später:
- Sekundärkomponente  zum Roten Riesen,
nun mit vertauschten Rollen
- da kompakte Primärkomponente tiefes Gravitationspotential
 effektives Aufsammeln der überströmenden Materie
- ist Stern 1 ein NS:
 verschiedene Erscheinungsformen
der Röntgendoppelsterne
 hält Akkretion lang genug an  Bildung SL
- ist Stern 2 ein WZ:
 Vielfalt kataklysmischer Veränderlicher
Kataklysmische Veränderliche
CV = cataclysmic variables
 enge halbgetrennte Systeme
 Primärkomponente:
immer Weißer Zwerg
 Sekundärkomponente:
massearmer Stern: HR-Stern,
meistens Roter Riese
 Überströmen von Materie
vom Sekundärstern
auf die Primärkomponente
 um Primärstern:
Akkretionsscheibe
mit „hot spot“
 kurze Umlaufperioden: 0.06-0.6 d
Modellvorstellung:
- kein vorhandenes Teleskop
löst diese Systeme auf
- passt aber gut zu
beobachtbaren Spektren
Kataklysmische Veränderliche
CV cataclysmic variables
 Abstand a:
a = 1.1
{
Porb [h]
3 [h]
}
2/3
(M1 + M2)1/3  R8
P orb = binary orbital period
 scheinbare Lücke in den Umlaufperioden zwischen 2-3 h
(the so-called "period gap")
 Leuchtkraft (für alle kompakte Binärsysteme) dominiert durch Akkretion !

L = G M MWZ/RWZ ~

2.2 (M/10–9 M8 yr–1 ) (MWZ/M8) (RWZ/104 km)–1 L8
 max. Energieausstoß im UV - X-ray  Untersuchung mit
UV- & X-ray Satelliten
Kataklysmische Veränderliche
CV cataclysmic variables

Unterscheidung:
a) non-magnetic
Weißer Zwerg ohne Magnetfeld
besitzt eine Akkretionsscheibe
b) magnetic (Polars)
Weißer Zwerg mit Magnetfeld hat
keine Akkretionsscheibe
Kataklysmische
Veränderliche
CV cataclysmic variables
http://www.aip.de/highlight_archive/schwarz_cv/index.html

Unterscheidung:
Animation of a cataclysmic variable
with
magnetic white dwarf (blue
a) anon-magnetic
circle) accreting onto two poles
via extended curtains. The colour
Weißer Zwerg ohne Magnetfeld
coding represents the line-of-sight
besitzt eine Akkretionsscheibe
velocities of the specific parts
in the accretion flow (J. Vogel).
b) magnetic (Polars)
Weißer Zwerg mit
Magnetfeld hat
keine Akkretionsscheibe
Kataklysmische Veränderliche
Vergleich der 2D-Geschwindigkeitskarten
Two Doppler maps of two CVs clearly showing an accretion disk (left) and
a magnetic CV (right) dominated by strong emission from the ballistic stream.
Schwarz, A.D. Schwope, A. Staude, R.A. Remillard, 2005, A&A 444, 213
http://www.aip.de/highlight_archive/schwarz_cv/index.html
Kataklysmische Veränderliche
Magnetische CV -Sterne
Künsterische Darstellungen
http://www.aip.de/highlight_archive/schwarz_cv/index.html
Kataklysmische Veränderliche
Intermediate
Polars
http://astro.uni-tuebingen.de/~djkuster/phi/ps/astrotag_CV.pdf
http://www.astro.psu.edu/users/niel/astro485/lectures/lectures485.html
Kataklysmische Veränderliche
Polars &
Intermediate Polars
Aus
Niel Brandt
Astronomievorlesung
Pennsylvania State
University
Kataklysmische Veränderliche
Non-magnetic cataclysmic variables

Zwei wichtige Strukturen
1) Akkretionsscheibe, in der
bereits die Hälfte von Epot
der akkretierenden Materie aufgefangen wird &
2) Grenzschicht zwischewn Akkretionsscheibe und der Oberfläche
des WZ, wo Ekin in Eth and Erad umgewandelt wird
 Teff of the accretion disk ranges from ~ 5000 K at its outer edge
to ~ few x 104 K at its inner edge
 Abstrahlung hauptsächlich optisch – FUV

Grenzschicht Scheibe-WZ:
kleine Ausmaße + große L
 Teff (Grenzschicht) » T eff (Scheibe)
Kataklysmische Veränderliche
Non-magnetic cataclysmic variables




Ist M hoch (M ~ 10-8 M8/yr):
 Grenzschicht ist optisch dick,
Teff ~ 105 K (10 eV)
 System strahlt hauptsächlich
im EUV & soft X-ray band


Ist M niedrig (M ~ 10-11 M8/yr)
 Grenzschicht ist optisch dünn, Teff ~ 108 K (10 keV)
 System strahlt hauptsächlich im X-ray band

 high-velocity (v ~ 3000 km/s) outflows ("winds") mit (M ~ 10-11 M8/yr)
Hinweis von: P Cygni profiles of their ultraviolet resonance lines
 Oberflächenwind der Akkretionsscheibe verursacht durch
Strahlungsdruck und möglicherweise magnetische Kräfte
Kataklysmische Veränderliche
Lichtkurve und ihre Merkmale
Modell für einen non-mag.
Kataklysmischen Veränderlichen
Sichtbarkeit heißer Fleck
Roter Riese verdeckt Scheibe
Grundzüge der Entwicklung
Klassische Novae
 Kataklysmische Veränderliche
= Vorläufersysteme von
klassischen Novae
 nach einiger Zeit des Massenüberstroms
von Sekundärkomponente auf WZ
kommt es zum so genannten
thermonuklearen Runaway,
= explosives Wasserstoffbrennen
auf der Oberfläche des weißen
Zwerges
 Novae  wiederkehrende Ereignisse mit
Periodendauern zwischen
Monaten und einigen Millionen
Jahren (unregelmäßig)
Grundzüge der Entwicklung
Klassische Novae
Nova-Ausbrüche
Dauer: 10 …100 Tage
Helligkeitsänderung:
um bis zu 100000-fache L8
1000 Tage nach Ausbruch:
Nebel sichtbar
HST image of Nova Cygni 1992:
die abgestoßene äußere
Hülle ist sichtbar
VHülle ≥ 1000 km/s
V4743 Sgr = Nova 2002-3 Sgr
Grundzüge der Entwicklung
Zwergnovae
Zwergnova-Ausbrüche
Dauer: 10 …1000 Tage
Helligkeitsänderung:
bis zu 100-fach
unregelmäßige kurze Perioden:
4-10 Wochen
Fakt:
- Novaausbrüche entstehen auf WZ
- Zwergnovaausbrüche in/auf der
Akkretionsscheibe
Z Camelopardalis (Z Cam) is one of the brightest
dwarf novae in the sky, and at a distance of 163 pc.
It is also one of the closest.
About every 20 days it brightens by up to a factor
of 40 (to apparent visual magnitude ~ 10), returning
to minimum a few days later. Ultraviolet GALEX
image: Material ejected hundreds or thousands
of years ago during the last nova eruption.
Grundzüge der Entwicklung
Klassische Novae
 zwei Typen:
= f (Masse des ursprünglichen Sterns,
der sich zum weißen Zwerg
entwickelte)
Pimär
a) Mursprünglich < 8 M8 : endet die Phase der nuklearen Energieerzeugung
mit dem Heliumbrennen,
Primär
b) Mursprünglich
> 8 M8 : auch Kohlenstoffbrennen

resultierenden Novae unterscheiden sich durch:
a) Verteilungen schwerer Elemente
b) aufgrund der verschiedenen Massen der Primärkomponenten,
durch die Periodendauer und »Heftigkeit« der Ausbrüche
Grundzüge der Entwicklung
Klassische Novae

mit MWZ steigt auch Tmax
 verschiedene Elementproduktionsprozesse aktiv
 schwerer WZ benötigt weniger akkretierte Materie
(und damit weniger Zeit) für Ausbruch
 masseärmere Nova-Version:
beobachteten Überhäufigkeiten O & C  CO-Nova
 massereichere Version:
Überproduktion von vor allem O, Ne, und Mg  ONeMg-Novae
Grundzüge der Entwicklung
Klassische Novae

beim thermonuklearen Runaway:
T ≈ 10 8 K  Nukleosynthese über
CNO-Zyklen (massearm),
sowie auch NeNa- und MgAl-Zyklus (massereicher)
 da nicht die gesamte akkretierte Schale brennt und eine Durchmischung
innerhalb der Schale stattfindet, können in diesen Zyklen produzierte
Elemente aus dem Kreislauf ausbrechen
 Elementeanreicherung
 Novae tragen so erheblich zum Vorkommen der Isotope 13C, 15O, 17N
im Universum bei
 Häufigkeit: ≈ 35 (klassische) Novae pro Jahr in Galaxis (große Häufigkeit
der CV + kurze Zeitabstände)
 gesamter Materieausstoß in Galaxis:
3-10 M8/yr
Grundzüge der Entwicklung
Rekurrente Novae
 Leuchtkraft & Frequenz der Ausbrüche
 zwischen Zwerg- und klassischen Novae
= wiederkehrende Novae

=
inhomogene Gruppe:
- ein Teil der Ausbrüche: thermonuklearer Runaway in der
Akkretionsscheibe des WZ‘s
- einige Ereignisse erklärt durch:
Instabilitäten in der Akkretionsscheibe oder plötzliche
Schwankungen im Massentransfer
in einem Binärsystem: Riese + HR-Stern
Bindeglied zwischen den klassischen (Runaway)
und den Zwergnovae (Instabilitäten)
Grundzüge der Entwicklung
Rekurrente Novae
Die Einstufung als rekurrente Nova
(nach Webbink et al.):
1) Es müssen zwei oder mehr
Ausbrüche mit maximal
erreichten absoluten
Helligkeiten vergleichbar
mit denen von klassischen
Novae (MV < –5.5mag)
beobachtet worden sein
2) Ausstoß einer diskreten Schale
mit Expansionsgeschwindigkeiten
Lichtkurve von SS Cyg
v > 300 km/s
Δ T = 50 Tage
nach Beobachtungen von
P.Enskonatus, A.Holbe, G.Krisch, M.Kuzmin, T.Lange,
J.Neumann, D.Süßmann, F.Vohla
Grundzüge der Entwicklung
 Schließlich endet auch Entwicklung Sekundärkomponete
1) als WZ + Planetarischer Nebel
2) als NS
oder
3) als SL
 entsprechend, der bereits vorhandenen Primärkomponente kann
nun entstehen:
Sekundärkomponente  WZ:
- ein relativ weites Paar von WZs
- ein Paar aus WZ & NS (Primärkomponente o. SL)
Sekundärkomponente  NS + Supernova :
explodiert Stern 2 als SN  Zerstörung Bindung des Systems,
jede Komponente fliegt als „runaway-Stern“ mit ≈100 km/s davon
 Erklärung hoher Raumgeschwindigkeiten vieler Radiopulsare
Grundzüge der Entwicklung
… hat hingegen Stern 2 hinreichend viel Masse verloren
 schwacher SN-Ausbruch
 Entstehung gebundenes NS-Paar
Paare aus NS & SL oder SL & SL = schwer beobachtbar
Paar NS + NS
 PSR B1913+16 entdeckt 1974 von Taylor and Hulse
 1993 Nobel Prize in Physics
 Pulsar and NS
 PSR J0737-3039 entdeckt 2003 von einem an international
team of scientists from the UK, Australia,
Italy and the USA
 Pulsar + Pulsar
= Testlabor für die Graviationstheorie
http://en.wikipedia.org/wiki/PSR_J0737-3039
Doppelpulsare
PSR J0737-3039A,B
23-millisecond pulsar PSR J0737-3039A
2.8-second pulsar
PSR J0737-3039B
Umlaufperiode: 2.4 h
Genauester Test der Gravitationswellentheorie:
der Durchmesser der Umlaufbahn veringert
sich 7mm pro Tag !
Coalesce in about 85 million years
The supernova remnant G11.2-0.3
in which the double pulsar lies.
http://en.wikipedia.org/wiki/PSR_J0737-3039
RX J0806.3+1527 Animation: Doppel Weißer Zwerg
http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap050601.html
Grundzüge der Entwicklung
Sterne und Weltraum 36 [2/1997], S. 132-135
Bekannte Vertreter:
Die Röntgenquelle Cyg X1
beherbergt ein Schwarzes Loch
von mindestens 16 M8.
Die Röntgenquelle LMC X3 in der Großen
Magellanschen Wolke. Das kompakte
Begleitobjekt dieses Systems hat
mindestens 9 M8 und ist deshalb
wahrscheinlich ein Schwarzes Loch.
Grundzüge der Entwicklung
Wechselwirkung von engen Doppelsternen, wenn eine
Komponente sich von HR wegentwickelt:
 bereits bevor Stern 1 seine Roche-Fläche ausfüllt:
- Aufheizung des kühleren HR-Begleiters,
- Inititieren von Oberflächenaktivität
(mögliche Ursache für starke Röntgen- & Radioemissionen
der RS CVn Veränderlichen)
 erreicht Stern 1 seine Roche-Fläche:
1) erst: Phase mit großen Massenstrom durch L1 in relativ
kurzer Zeit (≈ tHK) bis
M1 ≈ M2
2) folgend: Phase mit Phase mit langsameren Gasstrom (≈ tn)
Kataklysmische Veränderliche
Sekundärstern
(HR-Stern o. Roter Riese)
Heißer Fleck
Gasstrom
Primärstern
(Weißer Zwerg)
Modellvorstellung:
- kein vorhandenes Teleskop
löst diese Systeme auf
- passt aber gut zu
beobachtbaren Spektren
http://www.usm.lmu.de:81/people/hbarwig/cv/cv.html
 enge halbgetrennte Systeme
 Überströmen von Materie
vom Sekundärstern
auf die Primärkomponente
 um Primärstern: Akkretionsscheibe
mit „hot spot“
Grundzüge der Entwicklung
Novae
The white dwarf captures matter lost through the inner
As it losses angular momentum, the material in the disk
An envelope or "ocean" of hydrogen-rich material builds
Grundzüge der Entwicklung
Glosar
RX J0806.3+1527 Animations
http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap050601.html
http://www.astro-udec.cl/jose/astro.jpg