Ученые выяснили, что стратификация звездных оболочек ускоряет падение планет на звезду

Международная группа астрофизиков представила новую теоретическую модель динамического трения в стратифицированных (слоистых) звездных оболочках. Работа опубликована на сервере препринтов arXiv и посвящена процессам, происходящим при погружении компактного объекта (например, планеты или ядра звезды) в недра звезды-гиганта.

Динамическое трение — это гравитационное торможение, возникающее из-за того, что движущееся тело возмущает окружающую среду и создаёт за собой «шлейф» (wake). Ранее такие расчёты, как правило, проводились для однородной среды и прямолинейного движения. Однако в реальности звездная оболочка имеет радиальную структуру плотности, а объект движется по криволинейной орбите.

Авторы рассмотрели линейный акустический отклик слабого точечного возмутителя на круговой орбите в гидростатической сферически-симметричной газовой среде. Они применили формулировку к одиночным возмутителям в степенных профилях плотности и моделях оболочек звёзд-гигантов, а также к двойным системам.

Ключевой результат: стратификация среды существенно меняет картину торможения. Радиальная компонента силы трения определяется крупномасштабной структурой шлейфа, сравнимой с орбитой, и может сильно отличаться по величине и даже знаку от результата для однородной среды. Азимутальная компонента тоже меняется, но в сверхзвуковом режиме сохраняет кулон-логарифмическую чувствительность, как в однородном случае.

Для двойных систем обнаружено, что шлейф от компаньона может существенно изменить радиальную силу и снизить азимутальное торможение на данный компонент. При этом шлейф компаньона не даёт локального кулон-логарифмического вклада, в отличие от собственного шлейфа.

На основе реальных профилей звёзд-гигантов расчёты показали, что азимутальное торможение от стратифицированного шлейфа даёт более короткое время инспирала (сближения), чем предсказывают стандартные формулы для однородной среды с теми же локальными параметрами.

Разработанная модель — гибкий инструмент для вычисления шлейфов в заданном радиальном распределении плотности. Как отмечают авторы, это первый шаг к созданию вычислительно эффективных самосогласованных моделей слияния в общих оболочках и поглощения планет звёздами. Уточнение механизмов торможения поможет лучше понимать эволюцию двойных звёздных систем и судьбу планет, оказавшихся слишком близко к своей звезде.