Μοντελοποίηση της εξέλιξης ενός διπλού συστήματος αστέρων που οδηγεί σε σύγκρουση αστέρα νετρονίων

Καθώς ένα αστέρι εξελίσσεται, εξαντλώντας το υδρογόνο στον πυρήνα του και γίνεται υπεργίγαντας, το μέγεθός του μπορεί να αυξηθεί περισσότερο από 500 φορές. Εάν το αστέρι βρίσκεται σε ένα διπλό σύστημα, εισέρχεται στη λεγόμενη φάση του κοινού περιβλήματος,  στην οποία το εξελιγμένο αστέρι "καταπίνει" το συνοδό του κατά τη διαστολή. Κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης η τροχιακή κινητική  ενέργεια του συνοδού αστέρα μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια του περιβλήματος του γιγαντιαίου άστρου. Είναι ένα κρίσιμο εξελικτικό  στάδιο που μπορεί να οδηγήσει στο σχηματισμόι διπλών συστημάτων αστέρων μικρής περιόδου με συμπαγές συνοδό, όπως διπλά συστήματα ακτίνων Χ και κατακλυσμικών μεταβλητών αστέρων. 

Artist's rendering of a binary star with a Neutron Star as one companion
Σχηματική απεικόνηση διπλού συστήματος αστέρων όπου το ένα άστρο είναι αστέρας νετρονίων

Μια διεθνής ομάδα με επικεφαλής τον Καθ. Αναστάσιο Φράγκο στο Παν. της Γενεύης, Ελβετία, στην οποία συμμετέχουν ο Jeff Andrews και  ο Ανδρέας Ζέζας του ΙΑ, πραγματοποίησαν την πρώτη λεπτομερή υδροδυναμική μελέτη της κίνησης ενός αστέρα νετρονίων, 1.4 Ηλιακών  μαζών, μέσα στο περίβλημα ενός κόκκινου υπεργίγαντα αστέρα, 12 Ηλιακών μαζών. Η μοντελοποίηση επιτρέπει τον αυτοσυνεπή υπολογισμό της οπισθέλκουσας δύναμης στον αστέρα νετρονίων και της αντίδρασης στο διαστελλόμενο περίβλημα καθώς ο αστέρας νετρονίων πλησιάζει το συνοδό, ακολουθώντας μια ελικοειδή κίνηση προς τα έσω. 

Η μελέτη έδειξε ότι σχεδόν όλο το περίβλημα του αστέρα θα διαφύγει σε πολύ μεγάλες ακτίνες (σε απόσταση ~ 100 φορές μεγαλύτερη από αυτή μεταξύ της Γης και του Ήλιου). Σ΄αυτό το σημείο θα σχηματίσει ένα περίβλημα οπτικά παχύ και  χαμηλής θερμοκρασιας που θα επιτρέπει το σχηματισμό σκόνης. Η τροχιά του αστέρα νετρονίου μελετήθηκε έως ότου μάζα του περιβλήματος γύρω από τον πυρήνα του γίγαντα αστέρα γίνει ίση με 0.8 ηλιακές μαζες. Τα αριθμητικά αποτελέσματά δείχνουν ότι η ελικοειδής κίνηση του αστέρα νετρονιου θα θα συνεχιστεί έως ότου αφαιρεθεί από το περίβλημα επιπλέον μάζα, ίση με το 1/3 της Ηλιακής, οπότε το υπόλοιπο περίβλημα του γιγαντιαίου άστρου θα εξαφανισθεί.

Τον διαχωρισμό περιβλήματος με πυρήνα του γιγαντιαίου άστρου είναι πιθανό να ακολουθήσει μια φάση δυναμικά σταθερής μεταφοράς μάζας στον αστέρα νετρονίων, η οποία μπορεί να είναι παρατηρήσιμη ως υπερφωτεινή πηγή ακτίνων Χ.

Το προκύπτον διπλό σύστημα, που αποτελείται από ένα αστέρι ηλίου μάζας 2,6 M⊙ και ένα αστέρα νετρονίων σε απόσταση ίση με 3,3-5,7 ηλιακές ακτίνες, αναμένεται να οδηγήσει σε συγχώνευση δύο αστέρων νετρονίων, ανάλογες μ' αυτές που έχουν παρατηρηθεί πρόσφατα ως πηγές βαρυτικών κυμάτων από τους ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων LIGO/Virgo.

Άρθρο: A. Fragos, J. Andrews, E. Ramirez-Ruiz, G. Meynet, V. Kalogera, R.E. Taam, A. Zezas "The Complete Evolution of a Neutron-star Binary through a Common Envelope Phase Using 1D Hydrodynamic Simulations", The Astrophysical Journal Letters, Vol. 883, 45 (2019)