Langzeitentwicklung kompakter Doppelsternsysteme mit Bestrahlungsrückkopplung

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit einem Modell, das
Oszillationen der Massentransferrate in halbgetrennten, kompakten
Doppelsternsystemen auf verhältnismäßig großen Zeitskalen erklären
kann. Der kompakte Stern, ein Weißer Zwerg, Neutronenstern oder
Schwarzes Loch akkretiert Materie von seinem ausgedehnteren
Begleiter. Durch die entstehende Akkretionsleuchtkraft wird der
masseverlierende Stern bestrahlt und seine äußersten, dem Begleiter
zugewandten Schichten werden aufgeheizt. Besitzt der
masseverlierende Stern eine konvektive Hülle, so ist sein
thermischer Gleichgewichtsradius von der äußeren Bestrahlung
abhängig, und der Stern reagiert auf Änderungen in der Bestrahlung
auf der Kelvin-Helmholtz-Zeitskala der konvektiven Hülle. Da die
Massentransferrate wiederum empfindlich vom Sternradius abhängt,
kommt es zu einer Rückkopplung auf den Massentransfer. Dieser
Effekt kann dazu führen, daß die stationäre Massentransferrate
instabil wird und sich das System quasi immer entweder im "High
State" bei erhöhtem Massentransfer oder im "Low State" bei
verringertem oder sogar abgeschaltetem Massentransfer befindet. In
Frage kommen hierfür Systeme mit einem massearmen Hauptreihenstern
oder Riesen als Massegeber, also Kataklysmische Veränderliche (CV)
und Massearme Röntgendoppelsterne (LMXB). Es gibt ein auf einfachen
Sternmodellen beruhendes analytisches Modell für das Auftreten von
Massentransferzyklen sowie einzelne numerische
Entwicklungsrechnungen, die auf jenen vereinfachten Modellen
basieren. Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit besteht nun darin,
dieses analytische Modell und insbesondere die Grenzen der
Instabilitätsbereiche durch numerische Rechnungen mit vollen
1D-hydrostatischen Sternmodellen für den masseverlierenden Stern zu
bestätigen. Es wird daher zunächst ein impliziter Algorithmus
entwickelt, der es ermöglicht, insbesondere das Ein- und
Ausschalten des Massentransfers numerisch mit der erforderlichen
Genauigkeit zu verfolgen, und der für Langzeitrechnungen möglichst
wenig Zeitschritte benötigt. Des weiteren wird das analytische
Modell ausführlich mittels linearer Stabilitätsanalyse hergeleitet
und diskutiert sowie durch Hinzunahme eines bisher vernachlässigten
Terms verbessert. Es ergibt sich schließlich eine einfache
Ungleichung als Bedingung für das Auftreten von
bestrahlungsinduzierten Massentransferzyklen. Schließlich werden
numerische Langzeitentwicklungen sowohl für nuklear unentwickelte
als auch nuklear entwickelte Sterne gerechnet. Vergleiche mit dem
analytischen Modell zeigen eine recht gute quantitative
Übereinstimmung für unentwickelte Sterne. Für stark entwickelte
Sterne, für die das analytische Modell formal nicht anwendbar ist,
zeigen sich deutliche Unterschiede. Dennoch ist es mit dem
verbesserten analytischen Modell nun möglich, für ein vorgegebenes
System anzugeben, ob und für welche Parameter Massentransferzyklen
auftreten sollten.