TW
Tom Wagg
Author with expertise in Stellar Astrophysics and Exoplanet Studies
Achievements
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
3
(100% Open Access)
Cited by:
1
h-index:
9
/
i10-index:
9
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

Close Encounters of Wide Binaries Induced by the Galactic Tide: Implications for Stellar Mergers and Gravitational-wave Sources

Jakob Stegmann et al.Sep 1, 2024
Abstract A substantial fraction of stars can be found in wide binaries with projected separations between ∼10 2 and 10 5 au. In the standard lore of binary physics, these would evolve as effectively single stars that remotely orbit one another on stationary Keplerian ellipses. However, embedded in their Galactic environment, the low binding energy of wide binaries makes them exceptionally prone to perturbations from the gravitational potential of the Milky Way and encounters with passing stars. Employing a fully relativistic N -body integration scheme, we study the impact of these perturbations on the orbital evolution of wide binaries along their trajectory through the Milky Way. Our analysis reveals that the torques exerted by the Galaxy can cause large-amplitude oscillations of the binary eccentricity to 1 − e ≲ 10 −8 . As a consequence, the wide binary members pass close to each other at periapsis, which, depending on the type of binary, potentially leads to a mass transfer or collision of stars or to an inspiral and subsequent merger of compact remnants due to gravitational-wave radiation. Based on a simulation of 10 5 wide binaries across the Galactic field, we find that this mechanism could significantly contribute to the rate of stellar collisions and binary black hole mergers as inferred from observations of luminous red novae and gravitational-wave events by LIGO/Virgo/Kagra. We conclude that the dynamics of wide binaries, despite their large mean separation, can give rise to extreme interactions between stars and compact remnants.
0

cogsworth: A Gala of COSMIC Proportions Combining Binary Stellar Evolution and Galactic Dynamics

Tom Wagg et al.Jan 1, 2025
Abstract We present cogsworth , an open-source Python tool for producing self-consistent population synthesis and galactic dynamics simulations. cogsworth allows users to (1) sample a population of binaries and star formation history, (2) perform rapid (binary) stellar evolution, (3) integrate orbits through the galaxy, and (4) inspect the full evolutionary history of each star or compact object, along with their positions and kinematics. It supports postprocessing hydrodynamical zoom-in simulations for more realistic galactic potentials and star formation histories, accounting for initial spatial stellar clustering and complex potentials. Alternatively, several analytic models are available for galactic potentials and star formation histories. cogsworth can also transform the intrinsic simulated population into an observed population using dust maps, bolometric correction functions, and survey selection functions. We provide a detailed explanation of the functionality of cogsworth and demonstrate its capabilities through a series of use cases: (1) we predict the spatial distribution of compact objects and runaways in both dwarf and Milky Way–like galaxies; (2) using a star cluster from a hydrodynamical simulation, we show how supernovae can change the orbits of stars in several ways; and (3) we predict the separation of disrupted binary stellar companions on the sky and create a synthetic Gaia color–magnitude diagram. We use cogsworth to demonstrate that both binarity and the galactic potential have a significant impact of the present-day positions of massive stars. We designed cogsworth and its online documentation to provide a powerful tool for constraining binary evolution, but also a flexible and accessible resource for the entire community. ✎ ✎