双星系统

当两颗恒星围绕共同的质心运行时，它们的运动遵循引力定律，这揭示了它们的质量，使双星系统成为测量恒星质量的基石。

Definition

双星系统是指两颗恒星通过引力相互束缚并围绕其共同质心运行的系统；推而广之，多星系统则包含三颗或更多此类束缚恒星。

Scope

本主题涵盖了双星的类型，包括目视双星、天体测量双星、光谱双星和食双星系统；开普勒定律和牛顿定律支配下的轨道动力学；从轨道确定恒星质量；洛希模型以及双星分离、半分离或密接的分类；以及多星系统的普遍性和起源。

Core questions

• 双星有哪些不同类型？
• 双星的轨道如何揭示恒星质量？
• 分离双星、半分离双星和密接双星有何区别？
• 双星和多星系统是如何形成的？

Key concepts

• 质心
• 开普勒定律
• 目视双星
• 光谱双星
• 洛希瓣
• 质量比
• 密接双星

Key theories

轨道动力学和质量测定

每颗恒星都以相同的周期围绕共同质心描绘一个椭圆；开普勒第三定律将轨道大小和周期与总质量联系起来，而两颗恒星运动的比率则给出了它们的个体质量。

密近双星的洛希模型

在密近双星中，引力势在每颗恒星周围定义了泪滴状的洛希瓣；恒星是否充满这些洛希瓣将系统分类为分离、半分离或密接，并决定它们之间是否会发生质量转移。

Mechanisms

两颗束缚恒星围绕其共同质心运行，其中质量较大的恒星以较小的轨道运动。通过成像、天体测量或多普勒频移观测轨道几何、周期和恒星的相对运动，可以通过牛顿引力定律得出质量。在密近双星中，组合引力场形成了等势面，其临界洛希瓣控制着任何物质交换。

Clinical relevance

双星系统提供了几乎所有直接测量的恒星质量，从而校准了质量-光度关系和恒星模型；它们的统计数据限制了恒星形成理论，而密近双星为质量转移、新星、Ia型超新星和致密天体合并奠定了基础。

History

赫歇尔在19世纪早期证明，一些双星是引力束缚的，而非偶然对齐；贝塞尔通过恒星摆动推断出看不见的伴星；洛希在19世纪对密近双星引力势的分析成为理解相互作用双星的框架。

Key figures

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

Seminal works

• hilditch2001
• herschel1803

Frequently asked questions

天文学家如何测量恒星的质量？

最可靠的方法是在双星系统中找到这颗恒星，并测量它及其伴星如何相互绕行；将牛顿形式的开普勒定律应用于轨道的尺寸和周期，可以直接得出两颗恒星的质量。

什么是洛希瓣？

它是密近双星中每颗恒星周围的区域，在该区域内物质受该恒星的引力束缚；如果一颗恒星膨胀并充满其洛希瓣，气体可以通过连接点溢出到其伴星上，从而驱动质量转移。