Kettős csillag – definíció, típusok és jelentőség az asztrofizikában

A modern meghatározás szerint a kettőscsillag kifejezés általában olyan csillagpárokra korlátozódik, amelyek egy közös tömegközéppont körül keringenek. A távcsővel vagy interferometrikus módszerekkel felbontható kettőscsillagokat vizuális kettőscsillagoknak nevezzük. A legtöbb ismert vizuális kettőscsillag esetében egy teljes fordulatot (teljes kört) még nem sikerült megfigyelni, úgy látjuk, hogy egy görbe pályán vagy egy részleges ív mentén haladnak.

Néhány csillag úgy tűnik, hogy üres tér körül kering, és úgy tűnik, hogy nincs kísérője. Ebben az esetben a kísérőcsillag vagy nagyon kicsi és halvány, vagy egy neutroncsillag, vagy egy fekete lyuk. A legismertebb példa a láthatatlan kísérővel rendelkező csillagra a Cygnus X-1, amelyben a látható csillag kísérője egy fekete lyuknak tűnik.

A kettőscsillag általánosabb kifejezést olyan csillagpárokra használják, amelyek az égbolton egymáshoz közel helyezkednek el. Ezt a megkülönböztetést az angolon kívül más nyelvekben ritkán használják. A kettőscsillagok lehetnek kettős csillagrendszerek, de lehetnek pusztán két olyan csillagok is, amelyek látszólag közel vannak egymáshoz az égen, de a valós távolságuk a Naptól nagyon különböző. Ez utóbbiakat optikai kettősöknek vagy optikai pároknak nevezzük.

A vizuális kettőscsillag olyan csillag, amelynél a két csillag szétválása távcsővel látható. A fényesebb csillag az elsődleges, a halványabb pedig a másodlagos. A vizuális kettőscsillagok hosszú ideig, több száz vagy akár több ezer évig is keringenek egymás körül.

A spektroszkópikus kettőscsillag olyan kettőscsillag, amelyben a két csillag még távcsővel sem látható külön-külön. Nagyon közel vannak egymáshoz, és nagyon gyorsan, néhány hét vagy akár néhány nap alatt mozognak egymás körül. Két különálló csillagnak tekinthetők azonban egy spektroszkóp segítségével, amely képes rögzíteni a Föld felé vagy a Földtől gyorsan távolodó csillagok által kibocsátott fény színének Doppler-változását.

Néhány spektroszkópikus kettőscsillag pályája a Földhöz közeli széleken halad. Ilyenkor a csillagok felváltva haladnak el a partnercsillag előtt és fedik le azt, amit fogyatkozó kettőscsillagnak nevezünk. Ebben az esetben a kettősből látható fény mennyisége kissé csökken az alatt az idő alatt, amíg az egyik csillag a másik előtt van.

Az asztrometrikus kettőscsillagok közül csak az egyik kísérő látható. A Földhöz viszonylag közel (kb. 10 parszekig) lévő asztrometrikus kettőscsillagok esetében lehetséges, hogy a látható kísérő "imbolyog", ahogy a láthatatlan kísérője körül mozog. Hosszú időn át tartó mérésekkel kiszámítható a látható csillag tömege és a keringési ideje. Ezt a módszert használják a csillag körül keringő nagy bolygók jelenlétének kimutatására is; 2007-ig több mint kétszáz bolygót fedeztek fel ilyen módon.

A legtöbb bináris program leválasztott bináris. Az egymásra gyakorolt gravitációs vonzásukon kívül nincs hatásuk egymásra.

Egyes kettőscsillagok olyan közel vannak egymáshoz, hogy az egyik vagy mindkét csillag képes anyagot elszívni a másiktól. Az érintkező kettőscsillagok ugyanazon a csillag légkörén osztoznak, és mivel a súrlódás hosszú időn keresztül lelassítja őket, egyetlen csillaggá egyesülhetnek. Ez az erőszakos esemény átmenetileg fényesebbé teszi őket, fényesebbé, mint egy nóva, de kevésbé fényessé, mint egy szupernóva.

Bár lehetséges, hogy kettős csillagok akkor alakulnak ki, amikor egy csillag nagyon közel halad el egy másikhoz, ez nagyon valószínűtlen (mivel valójában három csillagnak kellene közel lennie egymáshoz, hogy kettő egyesülhessen), és csak olyan helyeken fordulhat elő, ahol a csillagok sűrűn vannak egymás mellett. Jelenlegi ismereteink szerint szinte minden kettőscsillag együtt alakul ki a sűrű gázfelhőkben, ahol a csillagok születnek.

Lehetséges (bár nem valószínű), hogy egy elhaladó csillag megzavarja a kettős rendszert, és elég gravitációs erőt fejt ki ahhoz, hogy a kettős csillagrendszer kettéváljon. Az ilyen szétválasztott csillagok közönséges egyes csillagokként folytatják életüket. Néha azonban elegendő gravitációs erő hatására a két társ nagy sebességgel távolodik egymástól, ami az úgynevezett elszabadult csillagok kialakulásához vezet.

Néha egy csillag egy fehér törpecsillag körül kering. Ha elég nagy és elég közel van a fehér törpéhez, a törpe gázokat szívhat el kísérője légköréből. Egy idő után nagy mennyiségű gáz gyűlhet össze a fehér törpén. Ahogy ez a gáz a fehér törpe gravitációjának hatására tömörödik, végül magfúzióba lép, ami egy nagyon fényes fénykitörést, úgynevezett novát eredményez. Egyes esetekben a fehér törpe olyan sok gázt gyűjthet össze, hogy a robbanás teljesen elpusztítja, amit szupernóvának nevezünk. Egy ilyen esemény elszabadult csillagokat is eredményezhet, mivel a nagyobb csillagnak már nincs nehéz kísérője, amely pályán tartja.

A röntgensugaras kettőscsillagok nagy mennyiségű röntgensugárzást bocsátanak ki. Egy nagy tömegű csillagnak egy kisebb tömegű csillag felfalása miatt keletkeznek. A kisebb csillag donorrá válik, anyagát kiszivattyúzzák, és az a nagyobb tömegű (de tömörebb) csillagba, az akkrétorba esik. Ez nagy energiájú fotonokat szabadít fel, például a röntgen hullámhossztartományban. A röntgensugarak a nagyobb tömegű csillag felszínén lévő anyag elhasználódásából is származnak, egy termonukleáris égésnek nevezett folyamat során. Ez akár 10 másodperces kitöréseket is eredményezhet.