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Die Common Envelope deutsch Gemeinsame Hulle abgekurzt CE ist eine relativ kurze Phase mit instabilem Massentransfer in einem wechselwirkenden Doppelsternsystem mit einer Dauer von Monaten bis einigen Jahren Wahrend der Common Envelope befindet sich der Begleitstern in der Atmosphare des Primarsterns mit dem Ergebnis eines Verlusts von Drehmoment und dem Auswurf eines Teils der Atmosphare des Primarsterns Bei Uberkontaktsystemen kann eine gemeinsame Hulle auch mehrere Millionen Jahre bestehen und fur einen Energietransfer zwischen den Komponenten des Doppelsternsystems sorgen 2 Der Energie und Massetransfer wahrend einer Common Envelope ermoglicht die Bildung von Sternen und Planeten mit Eigenschaften die sich aus einem Einzelstern nicht entwickeln konnen Bei einem Common Envelope Ereignis wird genugend Energie frei um einen Teil der Hulle bis auf Fluchtgeschwindigkeit zu beschleunigen Die expandierenden Gasmassen resultierend aus einer gemeinsamen Hulle durften eine der primaren Quellen fur Staub im interstellaren Medium neben AGB Sternen und Supernovauberresten sein 3 Der Rote Riese links im Bild fullt seine gestrichelte Roche Grenze und transferiert Materie auf den Stern rechts im Bild Da der Rote Riese aufgrund dieses Massentransfers schneller expandiert als er Masse verliert handelt es sich um einen instabilen Prozess mit dem Ergebnis einer beide Sterne umhullenden gemeinsamen Atmosphare 1 Inhaltsverzeichnis 1 Common Envelope bei einem Roten Riesen 2 Common Envelope bei der Verschmelzung zweier Hauptreihensterne 3 Common Envelope bei Uberkontaktsystemen 4 Common Envelope bei eruptiven Veranderlichen 5 Planeten in engen Bahnen um Weisse Zwerge und blaue Unterzwerge 6 Post Common Envelope Binaries 7 EinzelnachweiseCommon Envelope bei einem Roten Riesen BearbeitenSterne mittlerer Masse expandieren im Laufe ihrer Entwicklung aufgrund ihrer ansteigenden Leuchtkraft Dies gilt insbesondere fur die Phase eines Roten Riesen oder AGB Sterns in der sich ein entarteter Kern herausbildet In einem engen Doppelsternsystem kann die Expansion der ausseren Atmosphare zu einem Uberschreiten der Roche Grenzflache fuhren und in der Folge fliesst Materie auf den Begleitstern Dieser Massetransfer hat zum einen zur Folge dass der Rote Riese versucht sein thermodynamisches Gleichgewicht durch eine weitere Expansion wiederherzustellen zum anderen einen Verlust von Bahndrehmoment Dadurch nimmt der Abstand der beiden Sterne ab die Massentransferrate steigt weiter an der Begleitstern kann die Masse kurzfristig nicht akkretieren und es kommt zur Ausbildung einer gemeinsamen Hulle wobei Bahndrehmoment auf die gemeinsame Hulle ubertragen wird und grosse Teile der so beschleunigten gemeinsamen Hulle in den interstellaren Raum verloren gehen Common Envelope Ejection Die Verringerung des Abstands kann bis zu einer Verschmelzung der beiden Sterne fuhren 4 5 Eine Common Envelope Phase in einem Doppelsternsystem mit einem Roten Riesen ist wegen ihrer kurzen Dauer noch nicht beobachtet worden Die Modellierung hangt stark von Parametern wie der Viskositat ab Am Ende der Common Envelope Phase konnen unterschiedliche Formen von Doppelsternsystemen stehen Kataklysmische Veranderliche Hier wird ein Weisser Zwerg in einem engen Doppelsternsystem umkreist von einem Hauptreihenstern oder Unterriesen Bei Einzelsternen entwickelt sich der Stern zu einem Roten Riesen der seine Atmosphare abwirft und der Kern bleibt als Weisser Zwerg ubrig Bei kataklysmischen Veranderlichen wurde der Begleitstern innerhalb der Atmosphare des ehemaligen Roten Riesen umlaufen und daher ist das Doppelsternsystem wohl durch eine gemeinsame Hullenphase gegangen 6 Die Entstehung von Rontgendoppelsternen kleiner Masse bei denen ein Neutronenstern oder Schwarzes Loch von einem Hauptreihenstern in geringem Bahnabstand umkreist wird 7 In engen Doppelsternsystemen ist der Anteil der Weissen Zwerge mit starken Magnetfeldern um Grossenordnungen hoher als bei einzelnen Weissen Zwergen Dieses Magnetfeld wird als eine Folge der Bewegung des Begleitsterns durch die Atmosphare des Roten Riesen interpretiert 8 Die gemeinsame Hulle ist ein Entwicklungsweg zur Entstehung von Blauen Nachzuglern Diese Sterne sind zu massereich fur ihr Alter und haben daher Materie von einem Begleiter akkretiert oder sind mit dem Begleiter verschmolzen 9 Die bipolare Struktur vieler planetarischer Nebel konnte die Folge einer gemeinsamen Hulle sein 10 Ein potentieller Entstehungskanal fur blaue Unterzwerge konnte die Phase einer gemeinsamen Hulle sein bei der Materie auf den Weissen Zwerg zuruckfallt und dieser danach als ein heisser Stern mit wasserstoffreicher Atmosphare erscheint 11 Supernovae vom Typ IIn zeigen Anzeichen fur eine Expansion der Supernova Ejekta durch eine dichte zirkumstellare Hulle die durch eine gemeinsame Hulle erzeugt worden sein konnte 12 Supernovae vom Typ Ia entstehen wenn ein Weisser Zwerg seine Chandrasekhar Grenze uberschreitet und der Entartungsdruck die Gravitation nicht mehr kompensieren kann Die dafur benotigte Akkretion von Materie von einem Begleiter durfte uberwiegend in Doppelsternsystemen geschehen die durch eine gemeinsame Hullenphase in einen geringen Bahnabstand gebracht wurden 13 Zu einer uberleuchtkraftigen Supernova vom Typ Ia kann es kommen wenn wahrend einer zweiten Common Envelope Phase ein Weisser Zwerg in die Hulle eines AGB Sterns eindringt und dann der Kern des AGB Sterns zerstort und vom Weissen Zwerg akkretiert wird In diesem Szenario kann die Masse des explodierenden Mergers die Chandrasekhar Grenze deutlich uberschreiten Diese Supernovae sind erheblich leuchtkraftiger als normale Typ Ia Supernovae und sollten auch Anzeichen fur eine starke Wechselwirkung mit einer dichten stellaren Hulle aus der Common Envelope Phase zeigen Supernova PTF 11kx gilt als ein Beispiel fur so ein solches Core Degenerate Szenario 14 Bei zwei Weissen Zwergen in einem engen Doppelsternsystem wie z B bei den AM Canum Venaticorum Sternen wird zweimal eine Common Envelope durchlaufen Nur dadurch konnen zwei Uberreste von Roten Riesen in eine Bahn mit einer Umlaufdauer von weniger als einer Stunde gelangen 15 R Coronae Borealis Sterne sind wasserstoffarme und kohlenstoffreiche Riesen deren Atmospharen zu circa 98 aus Helium bestehen Ihre visuelle Helligkeit fallt in unregelmassigen Abstanden um bis 8 mag und steigt uber Monate bis Jahre wieder zur Ruhehelligkeit an Dies wird als eine Folge einer Verdunkelung der Sichtlinie durch Russwolken interpretiert die der Stern ausstosst R Coronae Borealis Sterne zeigen eine von anderen Sternen stark abweichende chemische Zusammensetzung Das wahrscheinlichste Entwicklungsszenario ist eine Verschmelzung von einem Helium und einem CO Weissen Zwerg Der geringe Abstand dieser ausgebrannten ehemaligen Kerne von Roten Riesen der zu einer Verschmelzung fuhrt ist eine Folge eines zweimaligen Durchlaufens einer Common Envelope Phase 16 Bildet sich eine gemeinsame Hulle bereits bei der Wanderung eines Sterns von der Hauptreihe zum Roten Riesen Ast so hat der Kern des Sterns zu diesem Zeitpunkt nur eine geringe Masse und besteht fast ausschliesslich aus Helium Geht in der Common Envelope die Hulle des Sterns verloren so entsteht in einem Doppelstern ein ELM Helium Weisser Zwerg Das sind Weisse Zwerge mit extrem geringer Masse von weniger als 0 2 Sonnenmassen 17 Neben Doppelsternen mit einem Weissen Zwerg konnen auch Neutronensterne eine Common Enevelope Phase durchlaufen Ein Teil der Rontgendoppelsterne bei denen ein Neutronenstern Materie von einem Begleiter akkretiert wird zerstort durch das Eintauchen des Neutronensterns in die Atmosphare seines Begleiters Der Vorgang der Verschmelzung dauert nur um die 1000 Jahre 18 Die J Typ Kohlenstoffsterne unterscheiden sich von normalen Kohlenstoffsternen durch eine Anreicherung von Stickstoff ein niedriges 12C 13C Isotopenverhaltnis sowie eine uberdurchschnittliche Leuchtkraft und sind lithiumreich in ihren Sternatmospharen Es ist sehr ungewohnlich in der stellaren Astrophysik dass alle diese Sterne Einzelsterne sind Da uber 50 aller Sterne Bestandteile von Doppelsternsystemen sind wird vermutet dass die J Typ Kohlenstoffsterne aus Verschmelzungen zweier Sterne hervorgegangen sind Ihre chemische Zusammensetzung kann simuliert werden wenn ein heliumreicher Weisser Zwerg und ein Roter Riese eine Common Envelope Phase durchlaufen wobei der Weisse Zwerg in den Kern des Roten Riesen sinkt und mit ihm verschmilzt 19 Ein Entstehungskanal fur Gamma Ray Bursts konnte eine Common Envelope Phase in einem sehr massereichen Doppelsternsystem sein Uber die gemeinsame Hulle verliert ein Stern seine ausseren wasserstoff und heliumreichen Schichten und explodiert als eine Supernova vom Typ Ic Da in dem engen Doppelsternsystem die beiden Sterne gebunden rotieren kann nach dem Collapsar Modell ein langer Gamma Ray Burst mit einem weichen Gammaspektrum entstehen 20 EL Canum Venaticorum Sterne sind bedeckungsveranderliche Doppelsternsysteme und bestehen aus einem A F Zwerg und einem Vorlaufer eines Weissen Zwergs mit einer extrem geringen Masse von weniger als 0 35 Sonnenmassen Ein Weisser Zwerg mit einer so geringen Masse kann nur in einem wechselwirkenden Doppelsternsystem entstehen da beim jetzigen Alter des Universums Rote Zwerge noch nicht die Phase des Wasserstoffbrennens beendet haben 21 Common Envelope bei der Verschmelzung zweier Hauptreihensterne BearbeitenEin Doppelsternsystem kann verschmelzen noch bevor einer der beiden Sterne die Hauptreihe verlassen hat Ursache des Verlusts von Drehimpuls kann die Abstrahlung von Gravitationswellen oder magnetischer Drehimpulsverlust sein Bei Letzterem wird Materie im Sternwind in den Magnetfeldlinien eingefroren und der Stern muss diese ionisierte Materie bei seiner Rotation mitschleppen 22 Durch beide Effekte verringert sich der Radius der Umlaufbahn im Doppelsternsystem und bei einem zu geringen Abstand fuhrt die Reibung zu einem schnellen Verschmelzen Ein solcher Merger ist bei dem Beta Lyrae Stern V1309 Sco beobachtet worden und fuhrte zu einer Leuchtkraftigen Roten Nova 23 Neben Beta Lyrae Sternen gelten die Kontaktsysteme vom Typ W Ursae Majoris als Vorlaufer eines Mergerbursts bei dem die Bahnenergie in eine Expansion der gemeinsame Hulle mit einem temporaren Anstieg der Leuchtkraft umgesetzt wird Aus der Verschmelzung geht zunachst ein schnell rotierender Riese vom Typ FK Comae Berenices hervor der sich langfristig in einen Blauen Nachzugler entwickelt 24 Common Envelope bei Uberkontaktsystemen BearbeitenDie W Ursae Majoris Sterne sind bedeckungsveranderliche Uberkontaktsysteme die uber eine gemeinsame Hulle Energie austauschen Obwohl die Massen der Komponenten dieser engen Doppelsternsysteme um bis zu einem Faktor 10 differieren konnen haben die beiden Begleiter fast dieselbe Oberflachentemperatur Die W Ursae Majoris Sterne entstehen als getrennte Doppelsternsysteme und kommen durch einen Drehimpulsverlust aufgrund magnetischer Aktivitat in Kontakt Die W UMa Phase dauert einige bis einige 100 Millionen Jahre und wahrend der gesamten Zeit bleibt der Doppelstern in einer Common Enevelope eingebettet Auch die W Ursae Majoris Sterne sollten durch weiteren Drehimpulsverlust verschmelzen und einen Blauen Nachzugler bilden 25 24 Common Envelope bei eruptiven Veranderlichen BearbeitenBei der Eruption auf veranderlichen Sternen wird eine Hulle ausgestossen und vom Stern abgeworfen Wenn dies z B bei Novae oder Supernovae in einem Doppelsternsystem geschieht lauft der Begleiter fur eine gewisse Zeit innerhalb einer gemeinsamen Hulle um den gemeinsamen Schwerpunkt Die Dichte der Hulle ist fur gewohnlich zu gering um einen signifikanten Einfluss auf den Begleiter zu haben aber der Begleiter ubertragt kinetische Energie auf die Hulle und formt damit die Struktur des Nebels Die bipolare Form einiger Novauberreste wird mit der Common Envelope Phase in Verbindung gebracht z B bei langsamen Novae 26 Planeten in engen Bahnen um Weisse Zwerge und blaue Unterzwerge BearbeitenKommt es zu einer Common Envelope Phase so wird die Bewegungsenergie des in die Atmosphare eintauchenden Begleiters auf diese ubertragen und fuhrt in vielen Fallen zu einem Ausstoss der Hulle Diese fallt wenigstens teilweise wieder entlang der Bahnebene zuruck und bildet eine Scheibe um das Doppelsternsystem oder den aus der Verschmelzung hervorgehenden Einzelstern In dieser Scheibe konnen sich Planeten auf sehr engen Bahnen bilden und das scheint eine mogliche Erklarung fur die Beobachtung von Planeten auf kurzen Umlaufbahnen um Weisse Zwerge und um blaue Unterzwerge zu sein Auf ihren jetzigen Bahnen hatten die Planeten das Rote Riesen Stadium nicht uberlebt 27 Neben der Bildung eines Planeten aus einer Akkretionsscheibe konnen auch ehemals massereiche Planeten eine Common Envelope Phase uberleben Wie Simulationsrechnungen zeigen verlieren sie insbesondere durch Staudruck wahrend des Eintauchens in die Atmosphare des Roten Riesen einen Teil ihrer Masse Dabei kann aus einem Gasplaneten mit den Eigenschaften eines Jupiters ein erdahnlicher Planet entstehen der nur noch aus dem ehemaligen Kern des Gasplaneten besteht 28 Allerdings wird die Existenz zirkumbinarer Planeten um Post Common Envelope Systeme von anderen Autoren angezweifelt Alle behaupteten Nachweise beruhen auf dem Lichtlaufzeiteffekt in bedeckungsveranderlichen Doppelsternsystemen wobei der Planet zu einer geringfugigen Verschiebung der Zeiten minimaler Helligkeit aufgrund einer Anderung des gemeinsamen Masseschwerpunktes fuhrt Wenn diese Planeten existierten konnte der Zeitpunkt der Bedeckung genauer vorhergesagt werden aber dies ist nicht der Fall Auch sind haufig die berichteten Bahnen der angeblich gefundenen Exoplaneten nicht dynamisch stabil 29 Weiterhin ist die Entstehung dieser zirkumbinaren Planeten nicht unproblematisch Aus dem Abkuhlungsalter einiger Weisser Zwerge in Post Common Envelope Systemen mit berichteten Exoplaneten ist auf ein Alter von weniger als eine Million Jahre geschlossen worden Dies ist zu wenig fur eine Planetenentstehung aus einer protoplanetarischen Scheibe nach dem Ende der Common Envelope Phase Gasplaneten sind dagegen um Doppelsternsysteme aus zwei Hauptreihensternen die Vorlaufer der Post Common Envelope Systeme nicht beobachtet worden Eine alternative Hypothese fur die unregelmassigen Bedeckungsminima wird in einer Anderung der Gestalt des Roten Zwergs aufgrund von magnetischer Aktivitat vermutet 30 Post Common Envelope Binaries BearbeitenPost Common Envelope Binaries PCEB sind Doppelsterne die aus einem Hauptreihenstern und einem Weissen Zwerg bestehen Sie sind das haufigste Ergebnis einer Common Envelope Entwicklung und die Beobachtung dieser Sterne ermoglicht die Parameter der Common Envelope Phase wie die Viskositat indirekt zu untersuchen Die Systeme mit den kurzesten Umlaufdauern haben auch die hochste Wahrscheinlichkeit einen Bedeckungslichtwechsel zu zeigen Sie bestehen haufig aus einem heissen Weissen Zwerg und einem lichtschwachen Roten Zwerg Diese Sterne werden sich weiter in ein kataklysmisches Doppelsternsystem entwickeln wenn der Massentransfer vom Roten zum Weissen Zwerg einsetzt 31 Einzelnachweise Bearbeiten J Craig Wheeler Cosmic Catastrophes Exploding Stars Black Holes and Mapping the Universe 2 Auflage Cambridge University Press 2007 ISBN 0 521 85714 7 S 75 A Rebassa Mansergas u a Post common envelope binaries from SDSS XVI Long orbital period systems and the energy budget of CE evolution In Astrophysics Solar and Stellar Astrophysics 2012 arxiv 1203 1208 Chunhua Zhu Guoliang Lu Zhaojun Wang Origin of Dust around V1309 Sco In Astrophysics Solar and Stellar Astrophysics 2013 arxiv 1308 5735v1 Michal Dominik u a Double Compact Objects I The Significance of the Common Envelope on Merger Rates In Astrophysics Solar and Stellar Astrophysics 2012 arxiv 1202 4901 Noam Soker Merger by Migration at the Final Phase of the Common Envelope Evolution In 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evolving onto the extended horizontal branch In Astrophysics Solar and Stellar Astrophysics 2012 arxiv 1204 4387 Roger A Chevalier Common Envelope Evolution Leading to Supernovae with Dense Interaction In Astrophysics Solar and Stellar Astrophysics 2012 arxiv 1204 3300 S Mereghetti N La Palombara A Tiengo P Esposito L Stella G L Israel The progenitor of a type Ia supernova with a short delay time In Astrophysics Solar and Stellar Astrophysics 2011 arxiv 1109 4573 Noam Soker Amit Kashi Enrique Garcia Berro Santiago Torres Judit Camacho Explaining the Type Ia Supernova PTF 11kx with the Core Degenerate Scenario In Astrophysics Solar and Stellar Astrophysics 2012 arxiv 1207 5770v1 G H A Roelofs G Nelemans P J Groot The population of AM CVn stars from the Sloan Digital Sky Survey In Astrophysics Solar and Stellar Astrophysics 2007 arxiv 0709 2951v1 Jan E Staff Athira Menon Falk Herwig Wesley Even Chris L Fryer Patrick M Motl Tom Geballe Marco Pignatari Geoffrey C Clayton Joel E Tohline Do R Coronae Borealis Stars Form from Double White Dwarf Mergers In Astrophysics Solar and Stellar Astrophysics 2012 arxiv 1208 0732 David L Kaplan Lars Bildsten Justin D R Steinfadt Orbital Evolution of Compact White Dwarf Binaries In Astrophysics Solar and Stellar Astrophysics 2012 arxiv 1208 6320 Yong Shao Xiang Dong Li Formation of Millisecond Pulsars from Intermediate and Low Mass X ray Binaries In Astrophysics Solar and Stellar Astrophysics 2012 arxiv 1207 2833 Xianfei Zhang C Simon Jeffery White dwarf red giant mergers early type R stars J stars and lithium In Astrophysics Solar and Stellar Astrophysics 2013 arxiv 1301 0766 Enrique Moreno Mendez From Gamma Ray Bursts Hypernovae To Black Hole Binaries In Astrophysics Solar and Stellar Astrophysics 2013 arxiv 1305 5543v1 Chen Xuefei Maxted P F L Li Jiao Han Zhanwen The Formation of EL CVn type Binaries In Astrophysics Solar and Stellar Astrophysics 2016 arxiv 1604 01956v2 Gaitee A J Hussain Magnetic braking in convective stars In 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Envelope amp oldid 192242916