Doppelsternsysteme

Wenn zwei Sterne einen gemeinsamen Massenmittelpunkt umkreisen, gehorchen ihre Bewegungen den Gesetzen der Gravitation auf eine Weise, die ihre Massen offenbart, wodurch Doppelsternsysteme zum Eckpfeiler für die Messung des Sterngewichts werden.

Definition

Ein Doppelsternsystem ist ein Paar von Sternen, die gravitativ aneinander gebunden sind und ihren gemeinsamen Massenmittelpunkt umkreisen; ein Mehrfachsystem enthält dementsprechend drei oder mehr solcher gebundenen Sterne.

Scope

Das Thema umfasst die Typen von Doppelsternen, einschließlich visueller, astrometrischer, spektroskopischer und Bedeckungssysteme, die Orbitaldynamik, die durch Keplersche und Newtonsche Gesetze bestimmt wird, die Bestimmung von Sternmassen aus Umlaufbahnen, das Roche-Modell und die Klassifizierung von Doppelsternen als getrennt, halbgetrennt oder Kontakt, sowie die Prävalenz und den Ursprung von Mehrfachsystemen.

Core questions

• Welche verschiedenen Arten von Doppelsternen gibt es?
• Wie offenbaren die Umlaufbahnen eines Doppelsterns die Sternmassen?
• Was unterscheidet getrennte, halbgetrennte und Kontakt-Doppelsterne?
• Wie entstehen Doppel- und Mehrfachsysteme?

Key concepts

• Massenmittelpunkt
• Keplersche Gesetze
• visueller Doppelstern
• spektroskopischer Doppelstern
• Roche-Grenze
• Massenverhältnis
• Kontakt-Doppelstern

Key theories

Orbitaldynamik und Massenbestimmung

Jeder Stern beschreibt eine Ellipse um den gemeinsamen Massenmittelpunkt mit derselben Periode; Keplers drittes Gesetz verknüpft die Größe und Periode der Umlaufbahn mit der Gesamtmasse, während das Verhältnis der Bewegungen der beiden Sterne ihre individuellen Massen angibt.

Das Roche-Modell enger Doppelsterne

In einem engen Doppelsternsystem definiert das Gravitationspotenzial tränenförmige Roche-Grenzen um jeden Stern; ob die Sterne diese Grenzen ausfüllen, klassifiziert das System als getrennt, halbgetrennt oder Kontakt und bestimmt, ob ein Massentransfer zwischen ihnen stattfinden kann.

Mechanisms

Zwei gebundene Sterne umkreisen ihren gemeinsamen Massenmittelpunkt, wobei der massereichere Stern sich auf einer kleineren Umlaufbahn bewegt. Die Beobachtung der Orbitalgeometrie, der Periode und der relativen Bewegungen der Sterne durch Bildgebung, Astrometrie oder Doppler-Verschiebungen liefert die Massen mittels Newtonscher Gravitation. Bei engen Paaren formt das kombinierte Gravitationsfeld Äquipotenzialflächen, deren kritische Roche-Grenzen jeden Materialaustausch steuern.

Clinical relevance

Doppelsternsysteme liefern nahezu alle direkt gemessenen Sternmassen und kalibrieren somit die Masse-Leuchtkraft-Beziehung und Sternmodelle; ihre Statistiken schränken die Sternentstehungstheorie ein, und enge Doppelsterne bilden die Grundlage für Massentransfer, Novae, Supernovae vom Typ Ia und die Verschmelzung kompakter Objekte.

History

Herschel zeigte im frühen neunzehnten Jahrhundert, dass einige Doppelsterne gravitativ gebunden und nicht zufällige Ausrichtungen sind, Bessel schloss aus Sternschwankungen auf unsichtbare Begleiter, und Roches Analyse des Gravitationspotenzials enger Paare aus dem neunzehnten Jahrhundert wurde zum Rahmen für das Verständnis wechselwirkender Doppelsterne.

Key figures

• William Herschel
• Friedrich Wilhelm Bessel
• Edouard Roche
• Peter Eggleton

Seminal works

• hilditch2001
• herschel1803

Frequently asked questions

Wie wiegen Astronomen einen Stern?

Die zuverlässigste Methode ist, den Stern in einem Doppelsternsystem zu finden und zu messen, wie er und sein Begleiter einander umkreisen; die Anwendung von Newtons Form der Keplerschen Gesetze auf die Größe und Periode der Umlaufbahn liefert direkt die Massen der beiden Sterne.

Was ist eine Roche-Grenze?

Es ist der Bereich um jeden Stern in einem engen Doppelsternsystem, innerhalb dessen Material gravitativ an diesen Stern gebunden ist; wenn ein Stern sich ausdehnt und seine Roche-Grenze ausfüllt, kann Gas durch den Verbindungspunkt auf seinen Begleiter überströmen, was einen Massentransfer antreibt.