第一对双星的历史——一个半相接双星系统的诞生
我们首先计算了这样一对双星。演化开始时它们分别是 9 个太阳质量和 5 个太阳质量的主序星,它们以 1.5 天为周期,和相距 13.2 个太阳半径互相围绕着运动。质量较大的星演化得快,相反另一颗星的演化速度几乎感觉不到。当 9 个太阳质量的恒星不断地将它的氢消耗掉时,它的外层慢慢地膨胀起来。经过 1250 万年,其中心的氢的含量已下降了一半,这时恒星已经膨胀到正好充满了它的允许体积,在图 9-4 所示的赫罗图中它到达演化程中的 a 点。若再继续极微小地膨胀就停不住了:质量必须流到伴星上去。
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计算告诉我们,并不是减去一个很小的质量就能使恒星的体积缩小。这会引起一场持续 6 万年的灾难。在这个期间,恒星从原始的 9 个太阳质量中要损失掉 5.3 个太阳质量给它的伴星,而伴星现在具有 5 5.3=10.3
个太阳质量。伴星已吸收这么多质量,使得它现在成为质量较大的星。于是,在一个对于恒星生命来说是很短的时间里,质量较大的恒星和质量较小的恒星的地位互相交换了。在赫罗图中氢已耗尽的星位于 b 点上。这颗星已经较早地消耗掉相当部分的氢,因而是一颗已演化的星,所以它在主序的右边。在宁静下来以后,它还要进行一段时间的慢速演化。这时它要将中心部分剩余的氢全部耗尽。与此同时它还会慢慢地膨胀,并在以后的 1000 万年中,继续将物质转移到伴星上去。
现在具有较大质量的恒星,在获得质量以后也开始慢慢变老。不过它还能在主序上停留数百万年。而在这段时间里,系统表现出具有大陵五型双星的典型特征:质量较大的星位于主序上几乎没有演化,相反质量较小的星已经离开了主序,并且正好充满了它的允许体积!
在银河系内,人们只观测到发生快速质量交换以前的双星(不相接双星)和质量交换以后的双星(半相接双星)。这是因为质量交换时间比交换以前和交换以后的演化时间短 200 倍,因此能碰上正好处于这个短时间内的双星的几率也相应地小 200 倍。唐纳德·莫顿 5 年前已在他的博士论文中原则上正确地谈到了这一点。
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