Paradoja de la transferencia de masa en un binario estelar cercano

Estoy considerando un sistema binario simple hecho de dos estrellas, de masa metro 1 y metro 2 < metro 1 , en órbitas circulares alrededor de su centro de masa. Usando la teoría de la gravitación de Newton, es fácil probar las siguientes fórmulas para la energía mecánica total y el momento angular de todo el sistema binario ( a r 1 + r 2 es la separación de las dos masas):

(1) mi k + tu = GRAMO metro 1 metro 2 2 a , (2) L L 1 + L 2 = metro 1 metro 2 METRO GRAMO METRO a .
Supongamos que una estrella está transfiriendo materia a la otra estrella, sin pérdida alguna. La conservación de la materia implica METRO = metro 1 + metro 2 = cste , entonces metro ˙ 2 = metro ˙ 1 . Ahora, muchos artículos/conferencias que he encontrado afirman que el momento angular todavía se conserva: L ˙ = 0 . Esto da una ecuación para la tasa de cambio de la distancia a (las órbitas están evolucionando lentamente, sin dejar de ser aproximadamente circulares):
(3) a ˙ a = 2 ( metro ˙ 1 metro 1 + metro ˙ 2 metro 2 ) .
Ver por ejemplo estas referencias:

http://www.ast.cam.ac.uk/~pettini/STARS/Lecture18.pdf (consulte la página 8) http://jila.colorado.edu/~pja/astr3730/lecture32.pdf (consulte la página 12)

La ecuación (3) implica lo siguiente:

(4) a ( t ) = a ( 0 ) ( metro 1 ( 0 ) metro 2 ( 0 ) metro 1 ( t ) metro 2 ( t ) ) 2 .

Mi problema proviene de la conservación de la energía, si realmente se supone que el sistema está aislado (sin pérdida/ganancia de nada). Entonces la derivada de la ecuación (1) anterior da esto (de mi ˙ = 0 ) :

(5) a ˙ a = metro ˙ 1 metro 1 + metro ˙ 2 metro 2 ,
que es incompatible con la ecuación (3) (a menos, por supuesto, metro ˙ 1 = metro ˙ 2 = 0 , pero entonces no hay transferencia de masa).

Entonces, qué está pasando aquí ? ¿Por qué se debe conservar el momento angular mientras que la energía no? ¿Por qué no al revés, es decir, que se conserva la energía pero no el momento angular? Los autores de las conferencias citadas anteriormente no dicen nada sobre la energía mecánica del sistema binario.


EDITAR: sobre el momento angular total, si sumamos las contribuciones del tamaño y el giro de rotación de las estrellas, obtenemos el verdadero momento angular total conservado . Estoy asumiendo estrellas bloqueadas por mareas , con ejes paralelos de rotación y revolución: ω putrefacción 1 = ω putrefacción 2 = ω orbital ω :

L nene = L orbital + S 1 + S 2 (6) = metro 1 metro 2 METRO GRAMO METRO a + ( I 1 + I 2 ) ω ,
dónde ω viene dada por la tercera ley de Kepler:
(7) ω = GRAMO METRO a 3 .
Creo que las contribuciones de espín y sus variaciones en el tiempo son despreciables frente al momento angular orbital, ya que I 1 metro 1 R 1 2 , y R 1 a (lo mismo para la estrella 2).

¿Alguna pista sobre esto?

Ni el momento angular ni la energía se conservan realmente . La energía cinética y potencial se puede convertir en calor y el momento angular se puede transferir a las rotaciones de las dos estrellas. Entonces la pregunta es: ¿por qué el momento angular es la cantidad que se conserva aproximadamente?
Sí, supongo que puedes decirlo de esta manera. Sé que es posible que debamos tener en cuenta el tamaño y la rotación de ambas estrellas, agregando términos adecuados a la energía Y al momento angular (energías cinéticas de rotación, energías de enlace gravitacional, momento angular de giro, ...). Pero entonces, ¿por qué (2) se conserva aproximadamente, mientras que (1) no?
Mi suposición: la atmósfera de una estrella es atraída por la otra estrella, y las moléculas caen sobre ella y hacen un "golpe" cuando la golpean (no realmente ... está hecha de gas), generando así calor. Pero es casi igualmente probable que estas moléculas caigan sobre él desde todas las direcciones, por lo que no cambian mucho su momento angular.
Tal vez la solución sea en realidad "trivial": se crea calor, lo cual (1) no tiene en cuenta (incluso si agregamos la energía cinética de rotación de las estrellas y la energía potencial de enlace autogravitacional). Entonces la energía mecánica no se conserva. Pero todo el sistema conserva el momento angular ya que no hay "calor del momento angular". Si hay energía que se escapa al infinito (como "calor"), es aproximadamente isotrópica, por lo que no genera ningún momento angular.
El momento angular podría pasar de las estrellas que orbitan entre sí a la rotación individual de cada estrella. Tienes que demostrar que esto no tiene mucho efecto en general.
@PeterShor, agregué algunos comentarios sobre el momento angular en mi pregunta.
Su ecuación (3) no es la misma que la ecuación para el momento angular conservado en la página 12 de la referencia de jila. Uno de ustedes cometió un error en el álgebra.
@BobBee, las ecuaciones son exactamente las mismas. Solo usa METRO ˙ 2 = METRO ˙ 1 (desde METRO = METRO 1 + METRO 2 = cste ) en las conferencias de Jila, y obtendrás mi ecuación (3).
Sí, tienes razón.

Respuestas (2)

Una estrella no puede transferir masa (conservadoramente) a la otra sin que el material pierda momento angular específico.

En la práctica, lo que sucede es que se forma un disco de acreción alrededor de la estrella en acreción. Se producen procesos viscosos que transfieren el momento angular hacia el exterior y permiten que la masa fluya hacia el interior. Los procesos viscosos dan como resultado pérdidas de calor y energía.

Cuando se considera como un todo, es razonable suponer que el sistema conserva el momento angular, pero debe perder energía.

¿Puedes dar algunos detalles matemáticos, desde un punto de vista newcioniano mecánico? ¿Cómo formalizar el resultado (4), considerando el momento angular total (6) y la relación (7)? ¿Cómo justificar que el momento angular orbital y el momento angular de giro se conservan por separado?
@Rob Jeffries: "Se producen procesos viscosos que transfieren el momento angular hacia el exterior y permiten que la masa fluya hacia el interior". Supongo que procesos similares están involucrados en la evolución de los discos galácticos y hice una pregunta sobre eso hace casi un año (con cero respuestas hasta ahora). física.stackexchange.com/questions/406153/…

Su conclusión basada en mi ˙ y ( 3 ) Está Mal. dan a entender que metro 1 ˙ metro 1 + metro 2 ˙ metro 2 es cero lo que implica a ˙ a = a ˙ = 0 o que la suma de las distancias al centro de masa permanezca igual. también implica metro 1 ˙ metro 2 ˙ = metro 1 metro 2 , en otras palabras, la relación de la tasa de flujos másicos es negativa la relación de las masas. La conservación del momento angular y de la energía es suficiente para una especie de "Conservación de la distancia".

No consultó las conferencias que di en la pregunta.