Theoretical Studies of Binaries in Astrophysics

Abstract

This thesis introduces and summarizes four papers dealing with computer simulations of astrophysical processes involving binaries. The first part gives the rational and theoretical background to these papers.



In paper I and II a statistical approach to studying eclipsing binaries is described. By using population synthesis models for binaries the probabilities for eclipses are calculated for different luminosity classes of binaries. These are compared with Hipparcos data and they agree well if one uses a standard input distribution for the orbit sizes. If one uses a random pairing model, where both companions are independently picked from an IMF, one finds too few eclipsing binaries by an order of magnitude.



In paper III we investigate a possible scenario for the origin of the stars observed close to the centre of our galaxy, called S~stars. We propose that a cluster falls radially towards the central black hole. The binaries within the cluster can then,



if they have small impact parameters, be broken up by the black hole's tidal field and one of the components of the binary will be captured by the black hole.



Paper~IV investigates how the onset of mass transfer in eccentric binaries depends on the eccentricity. To do this we have developed a new two-phase SPH scheme where very light particles are at the outer edge of our simulated star. This enables us to get a much better resolution of the very small mass that is transferred in close binaries. Our simulations show that the minimum required distance between the stars to have mass transfer decreases with the eccentricity.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Jag har i den här avhandlingen behandlat problemställningar inom tre olika områden inom astronomin. Det som sammanlänkar dessa är att alla innefattar dubbelstjärnor där avståndet mellan stjärnorna är litet, dvs de har en kort period. De är också alla datorsimuleringar. Jag har satt upp en modell för att betrakta de astronomiska systemen och genom numeriska metoder beräknat vad som kommer att ske.



I ett av projekten har jag simulerat hur nära stjärnorna måste vara för att överföring av materia mellan stjärnorna skall börja. Speciellt har jag studerat excentriska system, dvs de är inte i cirkulära banor, och hur detta påverkar avståndet som krävs för att överföringen mellan stjärnorna skall ske. För att göra detta så har jag utvecklat en numerisk modell speciellt anpassad för att mäta de relativt sätt mycket små mängder överförd materia det är frågan om.



Jag har också behandlat de stjärnor som ligger allra närmast det enormt tunga svarta hål som ligger i centrum av vår galax, Vintergatan. Med hjälp av dessa stjärnor har man lyckats bestämma massan på det svarta hålet med hjälp av Keplers lag. Ur detta har man fått fram att det svarta hålet väger flera miljoner gånger så mycket som vår egen sol. Ett mysterium med dessa stjärnor är dock hur de kan befinna sig där, då omgivningen kring det svarta hålet är mycket våldsam och förhindrar stjärnbildning. De är också mycket unga objekt, så det är svårt att finna en rimlig förklaring till hur de skulle kunna immigrera in, från mer avlägsna banor, till deras nuvarande under stjärnornas korta livstid. Jag har undersökt en möjlighet som skulle kunna lösa detta, genom att låta en stjärnhop falla rakt in mot det svarta hålet. Det kan då hända att en dubbelstjärna i stjärnhopen kommer så nära det svarta hålet att dubbelstjärnan slits sönder och ena komponenten går in i en bana kring det svarta hålet som liknar de banor man ser de observerade stjärnorna i. Den andra komponenten i dubbelstjärnan kommer att kastas iväg från det svarta hålet med mycket hög hastighet.



I det tredje projektet har jag studerat förmörkelsevariabler. Om banplanet i en dubbelstjärna ligger i, eller nära, vår synlinje så kommer stjärnorna att förmörka varandra när de går runt i sin bana. Beroende på hur stora stjärnorna är och på hur nära varandra de befinner sig kommer förmörkelsen att vara olika djup och lång. Genom att studera detta kan man bland annat bestämma den relativa massan mellan de två komponenterna i dubbelstjärnan. I ett försök att utnyttja detta faktum har vi simulerat ett stort antal dubbelstjärnor och räknat ut sannolikheten för att man ska få en förmörkelse med ett visst djup för olika ursprungliga massor. Genom att jämföra detta med den observerade fördelningen kan vi se vilken ursprunglig massfördelning som reproducerar de observerade förmörkelsernas fördelning bäst.

• author: Dischler, Johann
• supervisor: Melvyn B. Davies
• opponent: Professor Bonnell, Ian, Dept. of Physics and Astronomy, University of St Andrews, Storbritanien
• organization: Lund Observatory - Has been reorganised
• publishing date: 2006
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Astronomy, Astrophysics and Cosmology
• keywords: Astronomi, Astronomy, Galaxy: centre, Stars: mass-loss, Binaries: close, Binaries: eclipsing
• pages: 110 pages
• defense location: Lundmarksalen Institutionen för Astronomi Sölvegatan 27 Lund
• defense date: 2006-05-18 10:15:00
• ISBN: 978-91-628-6822-2
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 956bd093-97d6-4986-86dd-817d484d5e35 (old id 546714)
• date added to LUP: 2016-04-04 11:06:00
• date last changed: 2018-11-21 21:02:39