трусики женские украина

На головну

 Унікальний астрономічний об'єкт SS 433 - Астрономія

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ РОССІІБІРСКІЙ державний педагогічний університет

ФІЗИКО - МАТЕМАТИЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТКафедра МПФ і ТСО

ДИПЛОМНА РОБОТА

Унікальний астрономічний об'єкт

SS 433студенткі V курсу фізико-математичного факультету

Рахматуллина Динара Раушановіча

Науковий керівник:

Кандидат фізико-математичних наук доцент Салавенюк Г.М.

Бирск 2004

ЗМІСТ

Введення .. 3

Глава 1. Подвійні зірки ... 5

1.1. Методи вивчення фізичних і оптичних візуально-подвійних зірок 7

1.2. Спектрально - подвійні зірки .. 11

1.3. Затемнення-подвійні зірки .. 14

1.4. Чорні діри .. 18

Глава 2. Фізичні процеси в тісних зоряних системах 21

2.1. Моделі течії речовини в подвійних зірках. 23

2.2. Обмін речовиною в полуразделенних системах. 25

2.3. Массообмен вигляді зоряного вітру. 28

2.4. Еволюція одиночній зірки .. 31

2.5. Особливості еволюції зірок в парі. 32

Глава 3. Унікальний об'єкт SS 433. 34

3.1. Загадка SS 433. 34

3.2. Джети .. 54

3.4. Чорна діра або нейтронна зірка ?. 60

3.5. Прецесія джетів. 62

Глава 4. Оцінка амплітуди ефекту відбиття для рентгенівської зірки зоряної системи Her X-1. 64

Висновок .. 68

Література .. 69Введеніе Подвійні зірки вельми часто зустрічаються в природі, тому їх вивчення істотно не тільки для з'ясування природи самих зірок, але і для космогонічних проблем походження й еволюції зірок. Подвійні зірки не є рідкістю; навпаки, поодинокі зірки не входять до складу подвійних систем (або кратних) швидше виняток, ніж правило. Рух компонентів подвійних зірок відбувається відповідно до законів Кеплера: обидва компоненти описують у просторі подібні (т. Е. Однаковим ексцентриситетом) еліптичні орбіти навколо загального центру мас. Таким же ексцентриситетом має орбіта зірки-супутника щодо головної зірки, якщо останню вважати нерухомою. Велика піввісь орбіти щодо руху супутника навколо головної зірки дорівнює сумі великих піввісь орбіт руху обох зірок щодо центру мас. З іншого боку, величини великих піввісь цих двох еліпсів назад пропорційні масам зірок. Таким чином, якщо зі спостережень відома орбіта відносного руху, то можна визначити суму мас компонентів подвійної зірки. Якщо ж відомі стосунки піввісь орбіт руху зірок щодо центру мас, то можна знайти ще відношення мас і, отже, масу кожної зірки в окремо, в цьому полягає величезна роль вивчення подвійних зірок в астрономії: воно дозволяє визначити важливу характеристику зірки - масу, знання якої необхідно для дослідження внутрішньої будови зірки та її атмосфери.

У подвійних і кратних зоряних системах внаслідок відбуваються в них фізичних процесів (перетік речовини з одного компоненти на іншу, формування «шлейфів», загальних оболонок, потоків, аккреційному дисків) значно прискорюється еволюція компонентів (ТДС). Це дозволяє глибоко зрозуміти фізичні процеси та еволюцію звичайних зірок.

Подвійні зірки - єдиний спосіб зареєструвати чорну діру, якщо вона є однією з компонентів тісної подвійної сістеми.Цель: розгляд фізичних процесів в тісних подвійних системах з релятивістським об'єктом. Дипломна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків та списку літератури, що містить 24 найменування. У першому розділі йдеться про подвійні зірки, їх класифікації (фізичні та оптичні візуально-подвійні зірки, спектрально-подвійні і затемнено-подвійні зірки) і чорні діри. У другому розділі розглядаються: фізичні процеси в тісних подвійних системах, моделі речовини в подвійних зірках, обмін речовиною в полуразделенних системах, массообмен вигляді зоряного вітру, особливості еволюції зірок в парі. Третя глава присвячена унікальному об'єкту SS 433. Розкривається в чому ж загадка цього об'єкта, як проявляють себе джети в діапазонах електромагнітного спектра, модель SS 433, невирішене питання про природу компактного об'єкта в SS 433 і причина 164-денної прецесії джетів.

У четвертому розділі оцінюється амплітуда ефекту відбиття для рентгенівської зірки зоряної системи Her X-1.Глава 1. Подвійні зірки

Питання про супутники зірок залишиться невирішеним до тих пір, поки хто-небудь, що володіє мистецтвом виробляти надзвичайно точні спостереження, не відчинить їх.

И.Кеплер. 1610

У середині XVII ст. були виявлені зірки, які, нічим не відрізняючись від інших зірок при спостереженнях неозброєним оком, в телескоп представляються у вигляді подвійних або навіть кратних (т. е. потрійних або четверні) зірок. Проте вперше серйозну увагу на такі зірки звернув лише Вільям Гершель, який у 1784 р склав каталог, що містить дані спостережень близько 700 подвійних і кратних зірок. В. Гершель, грунтуючись на ряді своїх спостережень одних і тих же подвійних зірок, а також на більш старих спостереженнях, встановив з усією очевидністю наявність орбітальних рухів (т. Е. Рухів по орбітах навколо загального центру мас) у кількох подвійних зірок. Це відкриття Гершеля було перше в історії астрономії фактом, що показало поширення закону всесвітнього тяжіння за межі сонячної системи (1803 г.).

В. Я. Струве вперше справив точні вимірювання відстаней між компонентами подвійних зірок і напрямків ліній, що з'єднують компоненти. Він спостерігав понад 2600 подвійних зірок і майже в 100 випадках виявив у них орбітальні руху. Каталоги і численні спостереження подвійних зірок В. Я. Струве та його сина О. В. Струве досі мають величезну цінність.

Подвійні зірки носять назву візуально-подвійних, якщо їх подвійність може бути помічена при безпосередніх спостереженнях в телескоп (а в окремих випадках і неозброєним оком, наприклад: x і g Великої Ведмедиці, що знаходяться один від одного на відстані близько 12 '). У результаті робіт ряду спостерігачів (серед яких видну роль зіграли роботи астрономів Пулковської обсерваторії) в каталоги до теперішнього часу занесено близько 40 000 візуально-подвійних зірок.

Застосування спектрального аналізу привело до відкриття в 1889 р зірок з перемінними променевими швидкостями (лінії в спектрах цих зірок періодично зміщуються за принципом Доплера - Фізо). Вивчення цього явища показало, що кожна з таких зірок являє собою подвійну систему, компоненти якої настільки близькі один до одного, що їх не вдається розглянути окремо навіть за допомогою найпотужніших телескопів. Такі зірки отримали назву спектрально-подвійних.

Ще задовго до відкриття спектрально-подвійних зірок увагу астрономів привернула зірка Алголь (b Персея), чудова правильним настанням періодів, протягом яких її блиск зменшується більш ніж втричі, а потім знову збільшується до колишньої величини. Зміна блиску Алголя було помічено в 1669 р, а в 1782, т. Е. Більш ніж 100 років потому, глухонімий юнак - любитель астрономії Джон Гудрайк - висловив дотепну здогад, що блиск Алголя змінюється внаслідок затемнення його темним супутником. Припущення це в подальшому отримало повне підтвердження. В даний час відомо майже 2,5 тис. Зірок, блиск яких періодично змінюється з тих же причин, що і у Алголя. Ці зірки були названі зірками типу Алголя. Вони становлять більшу частину так званих затемнення-подвійних зірок.

Таким чином, відомо три типи подвійних зірок: візуально-подвійні, спектрально-подвійні і затемнено-подвійні. Вивчення зірок, що входять в кожен з цих типів, має дуже важливе значення вже тому, що досі тільки подвійні зірки (і, звичайно, Сонце) служать джерелом наших знань про зіркові масах. [5, 24] 1.1. Методи вивчення фізичних і оптичних візуально-подвійних зірок

Подвійні зірки, у яких виявлено орбітальний рух обох компонентів навколо загального центру мас, називаються фізичними подвійними; зірки, у яких спостерігається близькість компонентів відбувається тому, що ці компоненти, перебуваючи на абсолютно різних від нас відстанях, розташовані майже в точності по одному променю зору, називаються оптичними подвійними. У деяких випадках взаємне лінійне відстань між компонентами фізичної подвійної зірки настільки велике (наприклад, третій компонент зірки Капела із сузір'я Візничого, що знаходиться на відстані 12 'від двох яскравих компонентів), що їх орбітальні руху відбуваються надзвичайно повільно. У такому випадку судити про те, чи представляє дана подвійна зірка фізичну або оптичну подвійну, можна на основі порівняння власних рухів її компонентів. Якщо ці власні руху близькі один до одного і по величині, і по напрямку, значить, подвійна зірка фізична, в іншому випадку-оптична.

Орбітальний рух фізичних подвійних зірок можна вивчати, визначаючи зміна екваторіальних координат обох компонентів, що відбувається з плином часу. Для цієї мети можна користуватися так званими абсолютними методами (спостереження в меридіані), так і диференціальними методами (наприклад, визначаючи становище кожного з компонентів щодо фону слабких зірок). Однак простіше й точніше можна вивчати відносне рух компонентів. З цією метою один з компонентів (зазвичай більш яскравий, званий головною зіркою) приймають за нерухомий і вивчають відносне рух іншого компонента (менш яскравого, званого супутником). При цьому за допомогою окулярного мікрометра або по фотографічному знімку вимірюють дві величини: відстань між компонентами, що позначається буквою р і яке виражається в секундах дуги, так званий позиційний кут Q між напрямком від головної зірки до північного полюса світу і лінією, що з'єднує головну зірку з супутником. Кут Q відраховується від напрямку до полюса світу

проти ходу годинникової стрілки від 0 до 360 °.

Якщо повторювати такі вимірювання однієї і тієї ж подвійної зірки через досить тривалі проміжки часу, можна, отримавши ряд положень супутника щодо головної зірки, визначити спочатку видиму, а потім і справжню орбіти супутника.

Деякі з подвійних зірок надзвичайно красиві внаслідок різкого відмінності в забарвленні компонентів. Так, у подвійної зірки g Андромеди головна зірка помаранчева, а супутник блакитний. У подвійний h Кассіопеї головна зірка жовта, а супутник пурпуровий і т. П. Така різниця в забарвленні пояснюється головним чином причинами фізіологічного характеру (контрастністю) і лише частково залежить від дійсного відмінності кольору компонентів.

Видимі орбіти, супутників візуально-подвійних зірок завжди мають форму еліпса (рис. 1). Однак головна зірка зазвичай виявляється не в фокусі такого еліпса. Відбувається це внаслідок того, що справжня орбіта супутника розглядається земним спостерігачем навскіс і видима орбіта являє собою її проекцію на площину, перпендикулярну до променя зору. І тільки в тих рідкісних випадках, коли ця площина збігається з площиною істинної орбіти, видима і щира орбіти теж збігаються і головна зірка виявляється у фокусі видимої орбіти супутника.

Побудувавши видиму орбіту, можна визначити справжню орбіту. Для цього зазвичай знаходять наступні 7 елементів істинної орбіти: T - період обертання, виражений в роках; t - момент проходження супутника через періастр (найближчу до головній зірці точку істинної орбіти); е - ексцентриситет; а - велику піввісь орбіти, виражену в секундах дуги; i-нахил орбіти, тобто кут нахилу площини орбіти до площини, перпендикулярної променю зору; d - позиційний кут одного з вузлів орбіти, т. е. тих двох її точок, в яких вона перетинає площину, що проходить через головну зірку і перпендикулярну променю зору (зазвичай береться той позиційний кут, який менше 180 °); w - кут у площині орбіти від вузла до периастра, вважають в напрямку руху супутника. [2, 23]

Значно складніше йде справа з визначенням орбіт кратних зірок в тих випадках, коли три (або більше) компонента знаходяться один від одного на порівняно невеликих відстанях і доводиться, таким чином, мати справу із завданням трьох тіл.

Третій закон Кеплера у формі, отриманої Ньютоном для випадку руху супутника щодо центрального тіла, дає такий вираз для суми мас центрального тіла і супутника:

, (1.1)

де k2- гравітаційна стала, a - велика піввісь орбіти супутника, а T - період його обертання.

Застосуємо вираз для визначення суми мас компонентів візуально-подвійної зірки і напишемо подібне вираз для суми мас Солнцаі Землі:

, (1.2)

де- астрономічна одиниця, а- період обертання Землі навколо Сонця, т. е. зоряний рік.

Розділимо вираз (1.1) на (1.2), нехтуючи масою Землі через її малості, отримаємо:

. (1.3)

Знаючи величину отношенійі, можна за формулою (1.3) обчислити, у скільки разів сума мас компонентів подвійної зірки більше маси Сонця.

Якщо прийняти за одиницю довжини астрономічну одиницю, за одиницю часу - зоряний рік (час повного оберту Землі навколо Сонця) і за одиницю маси - масу Сонця, вираз приймає дуже простий вигляд:

. (1.4)

Період Т є одним з семи елементів істинної орбіти, а велика піввісь а пов'язана наступним очевидним співвідношенням з великої півосі істинної орбіти, вираженої в секундах дуги і з параллаксом p:

. (1.5)

Якщо за одиницю довжини прийняти астрономічну одиницю, то

. (1.6)

Таким чином, чи будемо ми для обчислення мас користуватися формулами або більш простими формулами в обох випадках, крім елементів орбітиі Т, необхідно знати також і паралакс зірки p.

Як приклад розглянемо подвійну зірку Сиріус, для якої відношення мас компонентів виявилося приблизно рівним 2,5. Елементи Т а вірність орбіти супутника щодо головної зірки і паралакс виявилися: Т = 50,0 років, = 7 ", 57 і p = 0", 375.

Підставляючи ці величини в формули, знаходимо: = 20,1 і3,2, а так як: = 2,5, то = 2,3 і = 0,9, т. Е. Маса супутника трохи менше маси Сонця. Відомо, що супутник Сіріуса є білим карликом. [16] 1.2. Спектрально - подвійні зірки

Зірки, двоїстість яких встановлюється лише на підставі спектральних спостережень, називаються спектрально - подвійними.

Характер і причина зміни спектрів спектрально-подвійних зірок пояснюються рис. 2. Якщо дуже близькі компоненти подвійної зірки, рухомі навколо загального центру мас, мало відрізняються один від одного за спектром і по блиску, то в спектрі такої зірки повинно спостерігатися періодично повторюється роздвоєння спектральних ліній.

Якщо один компонент займає положення А1, а інший - положення В1, то обидва вони будуть рухатися під прямим кутом до променя зору, спрямованому до спостерігача, і роздвоєння спектральних лінії не вийде. Але якщо компоненти займають положення А2і В2, то компонент А рухається до спостерігача, а компонент В - від спостерігача і роздвоєння спектральних ліній спостерігатися буде, так як у першого компонента спектральні лінії змістяться до фіолетового кінця спектра, а у другого - до червоного кінця. Потім при подальшому русі компонентів роздвоєння спектральних ліній поступово зникне (обидва компонента будуть знову рухатися під прямим кутом до променя зору) і знову повториться, коли компонент А рухатиметься від спостерігача, а компонент В - до спостерігача. Таким чином, спектральні лінії компонентів А і В будуть коливатися близько деяких середніх своїх положень, при яких вони будуть збігатися і які відповідають променевої швидкості центру мас системи.

У разі ж, якщо один з компонентів значно поступається за блиском іншому (права частина рис. 2), роздвоєння спектральних ліній спостерігатися не буде (через слабкість спектра супутника), але лінії спектра головної зірки коливатися будуть так само, як і в першому випадку.

Періоди змін, що відбуваються в спектрах спектрально-подвійних зірок, очевидно, є і періодами їх обігу, бувають досить різні. Найбільш короткий з відомих періодів 2,4Ч (g Малої Ведмедиці), а найбільш довгі - десятки років.

Для визначення елементів орбіти якої-небудь спектрально-подвійної зірки необхідно мати досить велику кількість спектрограм цієї зірки, що дають можливість побудувати так звану криву променевих швидкостей. При побудові цієї кривої по осі абсцис відкладається час, а по осі ординат - променеві швидкості. Форма кривої променевих швидкостей залежить тільки від двох елементів - ексцентриситету е і кута w, що визначає положення периастра. Характерні зразки кривих променевих швидкостей для деяких приватних значень е і w зображені на малюнку 3. Положення горизонтальної прямої у всіх кривих цього малюнка відповідає променевої швидкості, яку компоненти мають при своєму русі під прямим кутом до променя зору (тобто, іншими словами, променевої швидкості центру мас системи).

Незалежно від застосовуваного способу з числа елементів орбіт спектрально-подвійних зірок можуть бути визначені тільки w ,, Т і t. Абсолютно не можна визначити позиційний кут і не можна визначити окремо нахил i площини орбіти і велику піввісь а, оскільки одні й ті ж променеві швидкості можуть вийти при русі зірки по орбітах з різними наклонениями і відповідно різними великими півосями. [2, 4, 23] 1.3. Затемнення-подвійні зірки

Затменними змінними називаються нерозв'язні в телескопи тісні пари зірок, видима зоряна величина яких змінюється внаслідок періодично наступаючих для земного спостерігача затемнень одного компонента системи іншим. У цьому випадку зірка з більшою світністю називається головною, а з меншою - супутником. Типовими прикладами зірок цього типу є зірки Алголь (b Персея) і b Ліри. Внаслідок регулярно відбуваються затемнень головної зірки супутником, а також супутника головною зіркою сумарна видима зоряна величина затемнених змінних зірок змінюється періодично.

Різниця зоряних величин в мінімумі і максимумі називається амплітудою, а проміжок часу між двома послідовними максимумами або мінімумами - періодом змінності. У Алголя, наприклад, період змінності дорівнює 2d20h49m, а у b Ліри- 12d21h48m.

За характером кривої блиску затемнень змінної зірки можна знайти елементи орбіти однієї зірки щодо іншої, відносні розміри компонентів, а в деяких випадках навіть отримати уявлення про їх формі. На рис. 4 показані криві блиску деяких затемнених змінних зірок разом з отриманими на їх підставі схемами руху компонентів. На всіх кривих помітні два мінімуму: глибокий (головний, відповідний затемненню головної зірки супутником), і слабкий (вторинний), що виникає, коли головна зірка затьмарює супутник.

На підставі детального вивчення кривих блиску можна отримати наступні дані про компоненти затемнених змінних зірок:

1. Характер затемнень (приватне, повне або центральне) визначається нахилом i і розмірами зірок. Коли i = 90 °, затемнення центральне, як у b Ліри (рис. 5). У тих випадках, коли диск однієї зірки повністю перекривається диском інший, відповідні області кривої блиску мають характерні плоскі ділянки (як у IH Кассіопеї), що говорить про сталість загального потоку випромінювання системи протягом деякого часу, поки менша зірка проходить перед або за диском більшої . У разі тільки приватних затемнень мінімуми гострі (як у RX

Геркулеса або b Персея).

2. На підставі тривалості мінімумів знаходять радіуси компонентів R1і R2, виражені в частках великої півосі орбіти, так як тривалість затемнення пропорційна діаметрам зірок.

3. Якщо затемнення повне, то по відношенню глибин мінімумів можна знайти ставлення светимостей, а при відомих радіусах, - також і ставлення ефективних температур компонентів.

4. Ставлення проміжків часу від середини головного мінімуму до середини вторинного мінімуму і від вторинного мінімуму до наступного головного мінімуму залежить від ексцентриситету орбіти е і довготи периастра w. Точніше, фаза наступу вторинного мінімуму залежить від твору. Якщо вторинний мінімум лежить посередині між двома головними мінімумами (як у RX Геркулеса), то орбіта симетрична щодо променя зору і, зокрема, може бути кругової. Асиметрія положення вторинного мінімуму дозволяє знайти твір.

5. Нахил кривої блиску, іноді спостережуваний між мінімумами, дозволяє кількісно оцінити ефект відображення однією зіркою випромінювання інший, як, наприклад, у b Персея.

6. Плавне зміна кривої блиску, як, наприклад, у b Ліри, говорить про еліпсоїдальність зірок, викликаної приливним впливом дуже близьких компонентів подвійних зірок. До таких систем відносяться зірки типу b Ліри і W Великої Ведмедиці (див. Рис. 5). У цьому випадку за формою кривої блиску можна встановити форму зірок.

7. Детальний хід кривої блиску в мінімумах іноді дозволяє судити про закон потемніння диска зірки до краю. Виявити цей ефект, як правило, дуже важко. Однак це єдиний наявний нині метод вивчення розподілу яскравості по дисках зірок.

У підсумку на підставі виду кривої блиску затемнень змінної зірки в принципі можна визначити наступні елементи і характеристики системи: i - нахил орбіти; Т - період; - епоху головного мінімуму; е - ексцентриситет орбіти; w - довготу периастра; R1і R2- радіуси компонентів, виражені в частках великої півосі; для зірок типу b Ліри - ексцентриситети еліпсоїдів, що представляють форму зірок; L1 / L2- ставлення светимостей компонентів або їх температур.

В даний час відомо понад 4000 затемнених змінних зірок різних типів. Мінімальний відомий період - близько години, найбільший - 57 років. Інформація про затемнюваних зірках стає більш повної і надійної при доповненні фотометричних спостережень спектральними. [4,6] .1.4. Чорні діри

Вважається, що, якщо маса зірки більше 2,5, то в кінці своєї еволюції ця зірка перетвориться на чорну діру.

Чорною дірою називається релятивістський об'єкт, у якому гравітаційне поле настільки сильно, що навіть світло не може покинути цю область. Це відбувається, якщо розміри тіла менше його гравітаційного радіуса

, (1.7)

де G - постійна тяжіння Ньютона, с - швидкість світла, М - маса тіла. Гравітаційний радіус Сонця - 3 км, Землі - близько 9 мм. [18]

Як виникають чорні діри?

Відомо, що якщо маса ядра зірки, зазнали зміна хімічного складу через термоядерних реакцій і складається в основному з елементів групи заліза, перевищує 1,4, але не перевершує 3, то відбувається колапс ядра, в результаті якого зірка скидає зовнішню оболонку. Це призводить до спалаху наднової і утворення нейтронної зірки. У такій зірці силам гравітації протистоїть тиск виродженого нейтронного речовини. Радіопульсари і рентгенівські пульсари як раз і є нейтронні зірки. Перші спостерігаються як джерела періодичних радіоімпульсів, що пов'язано з переробкою сильним магнітним полем нейтронної зірки енергії обертання в спрямоване радіовипромінювання.

Рентгенівські пульсари світять за рахунок акреції речовини в тісних подвійних системах: магнітне поле нейтронної зірки направляє плазму на полюси, де вона стикається з поверхнею нейтронної зірки і розігріває її до температури в десятки мільйонів градусів. Це призводить до випромінювання рентгенівських квантів. Оскільки гарячі рентгенівські плями на магнітних полюсах обертається нейтронної зірки періодично бувають звернені до спостерігачеві, він бачить суворо періодичні пульсації інтенсивності рентгенівського випромінювання [19]. Періодичні пульсації радіо- чи рентгенівського випромінювання говорять про те, що у нейтронної зірки є тверда поверхня, сильне магнітне поле і швидке обертання. У чорної діри строго періодичних пульсацій випромінювання очікувати не доводиться, оскільки вона не має ні твердої поверхні, ні магнітного поля.

Зіркам, маси залізних ядер яких перевищують 3, ОТО пророкує наприкінці еволюції необмежену стиснення з утворенням чорної діри. Це пояснюється тим, що сили гравітації, які прагнуть стиснути зірку, визначаються щільністю енергії, а при величезних щільності речовини, що досягаються при стисненні ядра зірки, головний внесок в щільність енергії вносить вже не енергія спокою частинок, а енергія їх руху і взаємодії. Виходить, що тиск речовини при дуже великій щільності як би само стає вагомим. Чим більший тиск, тим більше щільність енергії і, отже, більше сили гравітації, які прагнуть стиснути речовина. Крім того, при сильних гравітаційних полях, згідно ОТО, стають принципово важливими ефекти викривлення простору-часу, що також сприяє необмеженому стисненню речовини. [18, 20] Глава 2. Фізичні процеси в тісних зоряних системах

Якщо дві зірки утворюють досить тісний систему, таку, що відстань між зірками порівнянно з їх радіусами, взаємодія зірок-партнерів не обмежується тільки тим, що вони обертаються навколо загального центру тяжіння. Дуже важливо, що в цьому випадку можливе перетікання речовини з однієї зірки на іншу під дією гравітаційного тяжіння.

Кожна зірка в тісному парі має свою «зону впливу», в межах якої переважає її, а не партнера, власне тяжіння. Цю зону називають порожниною Роша (по імені французького астронома XIX століття, який вивчав взаємне тяжіння планет і їх супутників, але побудував і загальну теорію, застосовну до подвійних зірок).

Ці зони повинні, очевидно, стикатися в одній точці на лінії, що з'єднує центри зірок: у ній сила тяжіння відсутня, бо одна зірка створює у ній силу тяжіння, точно таку ж за величиною, що й інша, по протилежну за напрямом (рис.7 ). Для цієї точки теж є спеціальна назва - внутрішня точка Лагранжа (на ім'я іншого французького вченого, знаменитого математика і механіка XVIII - початку XIX ст.). Якщо маси зірок однакові, то точка Лагранжа лежить посередині між ними; якщо маси різні, то вона, природно, ближче до менш масивною зірці, так як порожнину Роша тим ширший, чим більше маса зірки.

Обмін речовиною між зірками можливий двома шляхами: або «зоряний вітер» проникає з порожнини Роша «своєї» зірки в порожнину Роша зірки-компаньйона, або одна із зірок, так би мовити, переповнює свою порожнину Роша.

Зоряний вітер був відкритий, насамперед, у Сонця (сонячний вітер); виявилося, що відбувається безперервне витікання плазми сонячної корони в міжпланетний простір. У більш масивних і гарячих, ніж Сонце, зірок потоки плазми інтенсивніше; вони мають цілком достатні швидкості і достатній запас кінетичної енергії, щоб назавжди покинути зірку, подолавши її тяжіння. У подвійній системі якась частина частинок, що покинули одну зірку, може бути захоплена полем тяжіння іншої зірки.

Набагато більші порції речовини можуть перейти від однієї зірки до іншої на другому шляху, коли справа не обмежується закінченням з корони зірки. Значний перекидання речовини від однієї зірки до іншої здатний дуже суттєво вплинути на характер подальшої еволюції обох зірок у тісному парі. [10]

Багато цікавих риси процесів такого роду з'ясовані в роботах А.Г. Масевич, А.В. Тутукова і Л.Р. Юнгельсона. Більш масивна з двох зірок пари першої переходить на ту стадію еволюції, на якій відбувається скидання оболонки. Значну частку речовини цієї оболонки здатна захопити друга, менш масивна зірка; але, збільшивши масу за рахунок речовини свого партнера, ця зірка стане тепер більш масивною, і тому темп її еволюції зросте. Незабаром і вона почне розширюватися, причому розміри її оболонки стануть настільки значними, що всередині цієї оболонки опиниться і залишок першої зірки, який встиг вже перетворитися на нейтронну зірку. Остання, рухаючись в середовищі оболонки, гальмується (як супутник в щільних шарах земної атмосфери), наближається через це до ядра другої зірки і зрештою утворює разом з ним тісне подвійне ядро ??всередині великої єдиної оболонки. Такі об'єкти - дві компактні зірки у загальній оболонці - виявлені прямими астрономічними спостереженнями. [4] 2.1. Моделі течії речовини в подвійних зірках

Для розрахунку течії речовини в подвійних зірках зазвичай використовують рівняння газодинаміки, які описують поведінку інертного газу під дією гравітаційних, радіаційних і магнітних полів. Чисельне розгляд тривимірних течій було донедавна утруднено відсутністю належної обчислювальної техніки і навіть тепер воно обмежене мізерністю ресурсів. Тому теоретики змушені були обмежитися розрахунками для двовимірних газодинамічних моделей. При цьому передбачалося, що рішення, отримане для екваторіальній площині, відображає загальні особливості структури течії. Нечисленні розрахунки конкретних подвійних систем, проведені останнім часом в рамках тривимірних моделей, підтверджують, що характерні особливості перебігу, виявлені в спрощених двовимірних моделях, якісно залишаються незмінними. [3]

Подвійні системи (без сильного магнітного поля) можна розділити на три класи в залежності від механізму масообміну і його типових параметрів. До першого типу відносяться системи, в яких процес масопереносу відбувається через околиця внутрішньої точки Лагранжа (полуразделенние подвійні системи).

Розглянемо подвійну систему зірок. За якою орбіті рухається матеріальна точка, яка виявилася в околицях цієї системи? Поки вона близька до одного з компонентів, її рух визначається тяжінням цього компонента. Частинки рухаються по конічних перетинах (еліпс, парабола, гіпербола). У міру віддалення від однієї зірки і наближення до іншої потенціал, створюваний однією зіркою, зменшується, а інший - зростає. І десь на лінії, що з'єднує зірки, існує точка, де сили тяжіння двох зірок і відцентрова сила врівноважені. Частинка, що потрапила в цю точку, може вільно перейти з поля дії однієї зірки в поле дії іншої. Це і є внутрішня точка Лагранжа L1. Ділянки простору навколо кожної зірки, укладені всередині еквіпотенційної поверхні з потенціалом, рівним потенціалу в точці Лагранжа, називаються порожниною Роша даної зірки. Процес масообміну може бути досить інтенсивним, якщо одна зірка (донор) знаходиться в процесі переходу в червоний гігант і заповнює свою порожнину Роша.

До другого і третього типів відносяться системи, в яких массообмен визначається зоряним вітром. Структура течії в цьому випадку сильно залежить від ставлення W швидкості вітру до орбітальної швидкості системи, тому й довелося ввести два варіанти таких систем: зі ставленням W »? 1 (другий тип), і W> 1 (третій тип). [3] 2.2. Обмін речовиною в полуразделенних системах

У полуразделенной ТДС одна з зірок заповнила критичну поверхню Роша. Ця зірка - донор; друга, в кінцевому рахунку поглинає значну частку речовини, втраченого першої, - аккретора. Обмін речовиною відбувається через околиця внутрішньої точки Лагранжа L1. Газодинаміку витікання речовини з околиць точки L1неоднократно досліджували багато авторів. Вперше аналіз даної проблеми, отриманий в напіваналітичного наближенні, представлений в роботах Б. Пачінского і Р. Сенкевича, а також С. Любова і Ф. Шу на початку 70-х років. Детальне дослідження процесу обміну речовиною в подвійних зірках аналітичними методами утруднено, оскільки процес дуже складний, зокрема, необхідно враховувати взаємодію струменя речовини, що проходить в околицях точки Лагранжа, з навколишнім середовищем. Нелінійний характер такої взаємодії призводить до необхідності вирішення повної системи газодинамічних рівнянь для опису процесів, що відбуваються в полуразделенних подвійних.

Розглянемо тепер результати досліджень, виконаних в рамках тривимірної моделі. Розрахунки були зроблені для типових представників маломасивних рентгенівських і катаклізмічних подвійних. Катаклізмічних змінні - системи, що складаються з маломасивних зірки головної послідовності і білого карлика з коротким (кілька годин) періодом орбітального звернення. Крім змін блиску, викликаних орбітальним рухом, у них спостерігаються різні види спалахової активності.

Отримані результати свідчать про якісно схожому характері течії в досліджуваних системах. Виявлено такі особливості процесу:

1) речовина струменя поділяється на три потоки: перший формує квазіелліптіческій аккреційний диск навколо зірки-аккретора; другий огинає аккретора поза диска; третя частина струменя віддаляється від обох зірок, проте значна частка речовини цього потоку надалі змінює напрямок свого руху під дією сили Коріоліса і залишається в системі;

2) взаємодія струменя і диска не є ударним.

Частина речовини струменя відразу потрапляє в диск і надалі, втрачаючи кутовий момент під дією в'язкості, бере участь в процесі акреції. Отримані кількісні оцінки показують, що в стаціонарному режимі течії частка аккреціруемого речовини становить досить значну частку (аж до 75%) від загальної кількості газу, вкидаємо в систему зіркою-донором.

Гіпотеза "гарячого плями", утвореного, нібито, в місці передбачуваного удару минає з донора струменя про аккреційному диску, була запропонована раніше для пояснення складної картини змінності катаклізмічних зірок. Навколо зірок системи існує загальна оболонка з розрідженого газу і, як виявилося, взаємодія газу із струменем, що випливає з околиці Ц, відхиляє її. Це призводить до безударному (дотичному) контакту струменя з зовнішнім краєм аккреционного диска і, як наслідок, до відсутності "гарячого плями". У той же час взаємодія газу загальною оболонки із струменем призводить до утворення протяжної ударної хвилі змінної інтенсивності, розташованої уздовж краю струменя. Область висвічування гарячого газу, нагрітого ударною хвилею, лежить поза аккреционного диска, проте основне енерговиділення, внаслідок зміни інтенсивності ударної хвилі уздовж струменя, відбувається у досить обмеженій області (60% виділяється в прилеглій до диску частини хвилі). Цей факт, а також приблизно рівні значення швидкості енерговиділення і приводили до того, що гіпотеза "гарячого плями" в загальному досить добре задовольняла спостереженнями.

Для перевірки істинності представленої моделі були розраховані криві блиску для катаклізмічних подвійний Z Хамелеона (Z Cha) і проведено їх порівняння з спостереженнями. При побудові теоретичних кривих блиску використовувалася фотометрична модель, розроблена членом-кореспондентом РАН AM Черепащук і кандидатом фізико-математичних наук Т.С. Хрузіной. Порівняння спостережуваної і розрахованої кривих блиску показує хороше згоду. На теоретичної кривої можна побачити практично всі основні деталі, характерні для спостерігається кривої блиску Z Cha. Подібні криві блиску побудовані для різних типів катаклізмічних подвійних. Вони показали, що, залишаючись в рамках розглянутої моделі течії без "гарячого плями", можна пояснити все різноманіття спостережуваних кривих блиску. Більше того, у ряді випадків нова модель здатна краще пояснити спостереження, ніж модель з "гарячим плямою".

Якісне подобу отриманих рішень для різних типів полуразделенних систем дозволяє говорити про універсальність даної моделі. Проте всі ці результати отримані для сталого режиму течії. Якщо сильно вплив зовнішніх факторів, можливе виникнення та інших особливостей, зокрема, областей ударного взаємодії диска з потоком газу в системі. Наприклад, якщо диск сформувався ще до заповнення зіркою-донором своєї порожнини Роша, то на початку стадії інтенсивного обміну масою можливе виникнення гарячого плями в місці зіткнення струменя речовини з зовнішнім краєм диска, яке повинно зникнути після виходу течії на стаціонарний режим. Цікаво визначити тривалість життя цього утворення. Природно прийняти за нього час, необхідний для повної заміни речовини диска. У разі типових полуразделенних систем встановлено, що для цього достатньо кількох десятків орбітальних періодів. Отже, більшу частину часу існування полуразделенних подвійних систем картина течії речовини в них описується представленої вище моделью.2.3. Массообмен вигляді зоряного вітру

Поряд з дослідженням перетікання газу через внутрішню точку Лагранжа, увагу астрофізиків дедалі більше приваблює інший можливий механізм обміну речовиною в ТДС - у вигляді зоряного вітру. Важливість подібних досліджень визначається, зокрема, тим, що до систем, де закінчується зірка не заповнює свою порожнину Роша та обмін речовиною йде вигляді зоряного вітру, ставляться дуже цікаві симбиотические і масивні рентгенівські зірки. Проведені дослідження показали, що загальна картина течії речовини в подібних системах визначається, в першу чергу, параметрами зоряного вітру. Із спостережень відомо, що різні класи об'єктів, що належать до ТДС з компонентами, що не заполняющими порожнину Роша, можуть мати значно різняться режими закінчення речовини (так, наприклад, в рентгенівських подвійних швидкості газу в 10-100 разів більше, ніж у так званих симбіотичних зірках ).

Грунтуючись на результатах двовимірних газодинамічних розрахунків, спробуємо з'ясувати загальні тенденції зміни картини перебігу залежно від параметрів зоряного вітру. Це може мати і практичне значення для аналізу спостережень. В якості вільного параметра при розрахунках введемо відношення W швидкості вітру до орбітальної швидкості аккретора, що дозволить використовувати отримані результати при аналізі інших подвійних систем.

Розрахунки проведено при фіксованих параметрах подвійний системи: маса первинного - истекающего - компонентаі радіус, що відповідає об'ємної ступеня заповнення порожнини Роша в 29.6%; маса вторинного компонента - компактного об'єкта -, а радіус. Орбітальний період T = 725 дням, відстань між центрами компонентів. Дані параметри подвійний системи є типовими для симбіотичних зірок. Враховуючи, що швидкість истекающего газу - визначальний параметр при формуванні структури течії

речовини, отримані результати можуть бути з певними застереженнями перенесені і на інші системи.

Аналіз отриманих результатів показує, що при великих швидкостях вітру (>, тобто W> 1) у подвійних системах спостерігається конічна ударна хвиля, обумовлена ??прямим потоком речовини від зірки-донора. Збільшення швидкості вітру призводить до зменшення розчину конуса і зміщення його осі до лінії, що з'єднує центри зірок.

Зменшення швидкості вітру призводить до помітного ускладнення картини течії, і, зокрема, до формування складної структури з ударних хвиль і тангенціальних розривів. У подібних системах при зменшенні швидкості вітру поруч із прямим потоком речовини від зірки-донора істотну роль починає грати потік, обумовлений орбітальним рухом зірки-аккретора в газі зоряного вітру. Характерна особливість розрахованої структури при малих швидкостях вітру (типових для симбіотичних зірок з <30-50 км / с і значенням параметра W <1-1.5) - наявність двох відійшли ударних хвиль: одна знаходиться перед аккретора на шляху орбітального руху, інша - між компонентами системи (замість конічної ударної хвилі). У системах зі слабким вітром речовина, падаюче на компактний об'єкт, рухається по закручується спіралі, причому швидкість його істотно перевищує швидкість речовини, що не залученого в процес акреції.

У всіх низькошвидкісних (W <1) варіантах спостерігалося формування стійкого аккреционного диска. Навпаки, при високих граничних значеннях швидкості (W> 1) диск утворювався квазіперіодичних, лише в певні моменти часу, причому при наступному виникненні диска напрям руху газу в ньому змінювалося на протилежне. Виявилося також, що збільшення швидкості вітру призводить до суттєвого зменшення швидкості акреції, вираженої в частках від темпу закінчення речовини від первинного компонента.

Рішення завдання про газодинаміці масопереносу у взаємодіючих подвійних системах все ще далеко від завершення, оскільки різноманіття протікають в системі процесів і складність їх чисельного моделювання поки не дозволяють розробити єдину модель, детально описує всі розглянуті системи. [3] 2.4. Еволюція одиночній зірки

Самое довгий час свого життя зірка проводить на стадії, обумовленою процесами термоядерного горіння водню в її надрах. Час перебування на головній послідовності діаграми Герцшпрунга - Рессела дуже сильно залежить від маси зірки: чим вона масивніше, тим гаряче її центральні частини, але тим швидше витратиться водневе паливо в ядрі зірки. Так, зірки з масою порядку сонячної знаходяться на головній послідовності кілька мільярдів років. Після того, як водень закінчується в ядрі, він починає горіти у вузькому шарі. При цьому одиночна зірка стає дуже великих розмірів (100-1000), переходячи в клас червоних надгігантів. Зірки з масою менше 0,8,

взагалі не встигають проеволюціоніровать від стадії головної послідовності за космологічне час (10-13 млрд. років). [1]

Століття масивних зірок порівняно короткий по космологічним мірками: зірка з масою більше 10за головної послідовності перебуває не довше 10 млн. Років. Після повного вичерпання водню загоряється що накопичився в надрах гелій, потім вуглець і далі у зростання темпів більш важкі елементи.

При цьому продукти горіння кожної попередньої реакції стають паливом для подальшої: водень ® гелій ® вуглець ® ... ® залізо. У деякий критичний момент, коли в надрах зірки нагромадиться досить важких елементів, вона втрачає свою стійкість і її ядро ??колапсує під дією сил гравітації. У процесі колапсу вивільняється гігантська енергія (~ 1052ерг) - відбувається грандіозна спалах наднової.

В середньому в нашій Галактиці одна наднова спалахує приблизно раз на кілька сотень років. На місці наднової може залишитися компактний об'єкт - нейтронна зірка або чорна діра. Маси нейтронних зірок не перевищують 3, а їх радіуси - близько 10 км. Чорні діри можуть мати будь зоряні маси.

Якщо початкова маса зірки менше 10, то еволюція протікає інакше. На стадії червоного гіганта у неї формується вироджене гелиевое або вуглецево-кисневе ядро, яке після скидання зовнішньої оболонки (при цьому утворюється планетарна туманність) перетворюється на білий карлик - зірку, де гравітаційним силам стиснення протистоїть тиск виродженого електронного газа.2.5. Особливості еволюції зірок в парі

Еволюцію подвійних систем прийнято ділити на два типи: еволюцію масивних систем, в яких хоча б одна з компонент має масу ?10, і еволюцію систем малих і помірних мас. У систем першого типу закономірним наслідком еволюції є спалах наднової зірки, у другому - спалах наднової можлива лише при дуже специфічних умовах: коли на білий карлик, що утворився в ході звичайної еволюції однієї з компонент, «натекает» речовина з другої зірки. Білий карлик нарощує свою масу аж до того моменту, коли вже вироджений релятивістський електронний газ не в змозі протистояти гравітаційному стисканню. Цей фундаментальний межа маси (1,4) був відкритий в 30-х роках нашого століття С. Чандрасекара і носить його ім'я. [15]

Розглянемо, як змінюється орбіта системи у процесі обміну речовиною. У багатьох випадках обмін мас в подвійній системі з великою точністю можна вважати консервативним, тобто всі речовина, що закінчується з однієї зірки, повністю перехоплюється сусідньої і орбітальний момент системи не змінюється. З умови збереження моменту випливає, що при перетікання речовини з більш масивною компоненти на менш масивну відстань між зірками має зменшуватися. В іншому випадку - коли речовина минає з менш масивної компоненти - відстань між ними повинна збільшуватися.

По ряду причин речовина може не повністю перехоплюватися сусідній компонентою і частина його залишає систему, несучи кутовий момент. Тоді процес перетікання неконсерватівен, кутовий момент не зберігається, У цьому випадку розрахунок еволюції ускладнюється. З загальної теорії відносності (ЗТВ) орбітальний момент імпульсу подвійний системи повинен завжди убувати, незалежно від того, відбувається в системі перетікання речовини або нет.Глава 3. Унікальний об'єкт SS 433 3.1. Загадка SS 433

Про це дивовижному небесному об'єкті написано вже чимало. Мова йде про джерело в сузір'ї Орла, занесеному в каталог яскравих емісійних зірок Ц. Стефенсона і Н. Сандулека під номером 433. SS 433 - унікальна за своїми властивостями тісний подвійна система: незважаючи на ретельні пошуки, інших подібних джерел поки в Галактиці не виявлено. Джерело дивний за багатством яскравих феноменів, фізика яких багато в чому до теперішнього часу остаточно не з'ясована. [9]

Увагу до себе він привернув після того, як англійськими вченими Д. Кларком і П. Мардін була отримана перша спектрограмма з високою роздільною здатністю в оптичному діапазоні. У 1977 р Б. Стефенсон і Н. Сандулек опублікували список зірок, чудових тим, що в їх спектрах були яскраві емісійні лінії. Подальше вивчення показало, що одна з цих зірок невидима простим оком зірка під номером SS 433 в районі сузір'я Орла поблизу центральної площині Галактики, виділяється надзвичайним достатком емісійних ліній. В її спектрі є яскраві емісійні лінії водню, гелію, деяких інших елементів. Але біля кожної з цих ліній знаходиться по дві додаткові емісійні лінії кілька меншої інтенсивності - одна зліва, а інша справа.

Це особливо чітко видно в лініях атома водню (серії Бальмера) - найсильніших із усіх емісійних ліній SS 433 - див. Рис. 11. На малюнку додаткові лінії, що лежать зліва від основної, т е. У бік блакитного краю спектра, відзначені буквою У від слова blue - блакитний; будемо називати їх блакитними лініями-супутниками. Додаткові лінії, що лежать праворуч від основної, т. Е. У бік червоного краю спектра, відзначені буквою R - від слова red - червоний, будемо називати їх червоними лініями-супутниками. Можна зауважити, що лінії-супутники розташовані щодо основних в строгому порядку. Саме на шкалі довжин хвиль кожна блакитна лінія-супутник відстоїть від основної на відрізок, який пропорційний довжині хвилі основної лінії:

(3.1)

Тут- різниця довжин хвиль блакитної лінії-супутника і основної лінії; індекс «i» пробігає значення, якими різняться лінії в спектральної серії, так що наведене співвідношення містить стільки рівнянь, скільки є основних ліній (на рис. 11. показані три основних лінії); коефіцієнт пропорціональностіодінаков і негативний по знаку для всіх блакитних ліній-супутників.

Те ж і з червоними лініями-супутниками:

(3.2)

Тут стільки рівнянь, скільки значень пробігає індекс «i»; значеніеодінаково для всіх червоних ліній-супутників і позитивно по знаку; за абсолютною велічінеіне збігаються між собою:>.

Фактично в спектрі SS 433 є три системи спектральних ліній: одна система на своєму стандартному місці на шкалі довжин хвиль - це система основних ліній - і дві інші системи ліній, зміщені щодо стандартного положення у блакитну і червону боку. Цей зсув являє собою не просто зрушення ліній зі збереженням їх відносних положень (т. Е. Відстаней між ними на шкалі довжин хвиль), а зрушення зі зміною відносних положень, так як, зрушення кожної додаткової лінії від основної тим більше, чим більше довжина хвилі основної лінії.

Зміщення спектральних ліній самі по собі не новина в астрономії. Понад півстоліття тому пулковський астроном А. А. Білопільський спостерігав зміщення ліній у спектрах зірок і по величині і знаку зсуву визначав променеві швидкості зірок, т. Е. Швидкості вздовж променя зору. Зсув ліній від їх стандартного положення служать для астрономів безпомилковим вказівкою на те, що джерело випромінювання рухається відносно спостерігача. Зміна довжин хвиль і частот випромінюваного світла, що викликається відносним рухом джерела і приймача світла, носить назву ефекту Доплера. [22] Ефект Доплера

Ефект Доплера можливий при будь-якому хвильовому або періодичному русі. Він знайомий всім за прикладом з поїздом, коли гудок поїзда здається більш високим по тону при наближенні поїзда і низьким - при видаленні. Сприймається вухом частота звукових хвиль більше при наближенні і менше при видаленні джерела звуку. Те ж і з електромагнітними хвилями. Хоча повної аналогії і немає. Справа в тому, що звукові хвилі поширюються тільки в середовищі, а електромагнітні хвилі можуть поширюватися і в порожнечі. Тому в акустиці розрізняють руху джерела і приймача звуку щодо середовища, а для електромагнітної хвилі істотно лише відносне рух джерела і приймача, т. Е. Тільки зміна відстані між ними. Крім того, електромагнітні хвилі поширюються в порожнечі з максимально можливою швидкістю, зі швидкістю світла с, тоді як швидкість звуку визначається властивостями середовища, за якою він поширюється. Покажемо, як можна отримати формули, що описують ефект Доплера для світла. Припустимо, є джерело, яке посилає нам короткі імпульси, спалахи світла. Ці імпульси реєструються приймачем світла, і ми

будемо фіксувати моменти випущення і приходу імпульсів.

Нехай один імпульс испущен в моменти досяг нас в момент, а наступний за ним испущен в моменти прийнятий в момент. У першому випадку світло поширювався протягом часу пройшов шлях; у другому випадку час распространеніяі шлях. Якщо джерело, спочиває щодо нас і відстань до нього не змінюється, то, очевидно, обидва шляху світла рівні. Якщо ж джерело рухається, то шляху різні: наближення джерела скорочує шлях світла, а видалення збільшує.

Розглянемо спочатку випадок наближається джерела (рис. 12). Якщо він рухається у напрямку до нас зі швидкістю, то другий спалах буде видана в точці, яка на відрізок путібліже:

- = (3.3)

Перепишемо це рівняння в дещо іншому вигляді:

(3.4)

Уявімо собі тепер, що ми стежимо нема за окремими спалахами, а за безперервно випускаються хвилями. Тоді ми можемо вибрати моменти іспусканіяітак, щоб проміжок часу між ними дорівнював періоду испускаемой хвилі: =. А період прийому хвилі T виразиться через t1і t2: = T

Тоді з рівняння (3.4) отримуємо наступну зв'язок між T і

(3.5)

Ми бачимо, що приймається період менше періоду випущеної хвилі.

Якщо джерело не наближається, а віддаляється, в останній формулі потрібно, очевидно, змінити знак перед швидкістю на зворотний. Це дає зростання періоду коливань. При довільній орієнтації руху джерела скоростьв останньому співвідношенні потрібно, як легко бачити, замінити твором, де- кут між напрямком руху джерела і напрямом поширення хвилі (т. Е. Променем зору):

(3.6)

Під велічінойздесь потрібно розуміти абсолютну величину вектора швидкості, a-променева швидкість, т. Е. Проекція швидкості на промінь зору.

Отримана формула (3.6) досить проста, але насправді вона має настільки простий сенс лише тоді, коли швидкість руху джерела дуже мала в порівнянні зі швидкістю світла :. Якщо ця умова не виконана, в гру вступають нові фізичні явища, релятивістські ефекти, в яких виявляються властивості відносності часу і простору, що вивчаються теорією відносності. Дуже важливо, що при великих швидкостях, порівнянних зі швидкістю світла (а саме з цим випадком ми і зустрінемося в джерелі SS 433), показання рухомих і покояться годин не збігаються.

У міркуваннях, що призвели до формули (3.6) малося на увазі, що реєстрація моментів часу проводиться по годинах астронома-спостерігача, який приймає випромінювання, що спадає до нього від рухомого джерела світла. За цим годинах було виміряно період прийому хвилі T. З тих же годинах вимірювався і період випущеної хвилі. Але між цими двома вимірами є істотна різниця. Один вимір вироблялося там, де відбувалося цікавить нас подія: прихід світла реєструвався по годинах, які знаходяться тут же у приймача. Інша ж вимір вироблялося далеко від місця, де відбувалася подія: моменти випущення світла реєструвалися по годинах, які перебувають не у джерела, а у приймача. Величина-це період випущеної хвилі, виміряний по годинах приймача.

Який період випущеної хвилі показали б годинник, що знаходяться на самому джерелі? Відповідно до теорії відносності рухомі годинник завжди йдуть повільніше нерухомих; проміжок часу між якимись двома подіями, виміряний рухомими годинами, буде відносно «релятивистского кореня» менше, ніж проміжок часу між тими ж подіями, виміряний по спочиваючим годинах. Тому годинник, рухомі разом із джерелом світла, покажуть менший період випущеної хвилі, ніж годинник покоїться спостерігача

(3.7)

T0- це і - є період випущеної хвилі, виміряний по годинах джерела.

Час, що відраховується по годинах, рухомим разом з даним тілом, називається власним часом цього тіла. Проміжок власного часу рухомого тіла завжди коротше відповідних проміжків часу, ізмeренних по нерухомих годинах.

Користуючись релятивістської формулою (3.7), можна, нарешті, записати остаточну формулу ефекту Доплера, у якій період прийнятих хвиль T виражений через власний період T0істочніка:

(3.8)

Від періоду легко перейти до довжини волниі частотеколебаній:

(3.9)

(3.10)

Здесьі- довжина хвилі і частота світла, виміряні за власними годинах джерела. Коли в лабораторії вимірюється період коливального процесу, то дли цього використовуються лабораторні годинник, що показує, очевидно, власний час джерела коливань, що знаходиться тут же. Тому вимірюваний в лабораторії період - це період власного часу джерела. І коли вище ми говорили про частоти і довжинах хвиль випускається атомами світла, ми, природно, мали на увазі лабораторні величини, т. Е. Величини, виміряні у власному часу. Їм відповідають «стандартні» становища ліній в спектрі джерела.

З формули (3.9) видно, що довжина хвилі в випромінюванні рушійної джерела зростає і, отже, лінія в спектрі зміщується до його червоного кінця, як завдяки видаленню джерела, так і з-за релятивістського ефекту уповільнення часу. Зменшення довжини хвилі і зрушення лінії в більш блакитну область спектра пов'язані з наближенням джерела, але результат послаблюється через уповільнення часу; можна бачити, що уповільнення, часу здатне навіть повністю ліквідувати ефект наближення при певному співвідношенні між скоростьюі кутом. [20, 14]

Зсув ліній у спектрах характеризують вже знайомої нам величиною, званої, як це прийнято, червоним зміщенням (- стандартна довжина хвилі, - зміщена довжина хвилі). Зсув дійсно є корисним, коли величина z позитивна. Коли величина z негативна, це означає зсув у блакитну частину спектру. Таким чином, на підставі можна написати

(3.11)

У спектрі об'єкта SS 433 (V 1343 Орла) спостерігаються три системи спектральних ліній, що належать бальмеровской серії водню: дві системи рухаються по спектру в протифазі з періодом ~ 164 дні і амплітудою до ~ 1000?, а третя система ліній нерухома. Встановлено, що рухаються емісійні лінії виникають у двох протилежно спрямованих струменях або викидах (див. Рис), напрям яких змінюються з періодом 164 дня. На одній з спектограмм довжина хвилі лінії H?смещенной в червону сторону, виявилася рівною 7730?, а зміщеною в синю сторону - 6160?. Визначимо швидкість викинутого речовини. [13]

Звичайну формулу ефекту Доплерапрі дуже великих швидкостях треба замінити більш складною, що випливає з спеціальною теорією відносності Ейнштейна:

, (3.12)

z - червоний зсув.

Висловивши швидкість з виразу (3.12), отримаємо:

. (3.13)

Ця формула задовольняє принципу, за яким ніяка швидкість в природі не може перевищити деякою граничною, з якою світло поширюється у вакуумі (30000 м / с). [11]

. (3.14)

Лінія водню серії Бальмера H?- 6563 ?. [7]

Так як довжина хвилі лінії H?смещенной в червону сторону, виявилася рівною 7730?, то значення для червоного зсуву z отримаємо рівним -0,178. Те, що величина z негативна, це означає зміщення ліній у блакитну частину спектру. А при довжині хвилі зміщеною в синю сторону - 6160?, z = 0,061 і зміщена в червону частину спектру. Внаслідок ефекту Доплера в першому випадку викиди будуть віддалятися від нас, у другому випадку наближатися до нас. Це говорить, що викиди насправді рухаються в протилежних напрямках. Підставляючи значення z в формулу (3.13), одержимо, що викиди віддаляються від нас і наближаються до нас зі швидкостями:

.

= -57995 Км / с знак «-» ще раз доводить, що об'єкт рухається від нас, далі його ми не будемо враховувати.

Швидкість викинутої речовини для даних зміщених ліній в спектрі дорівнює сумі отриманих швидкостей:

= + = 57995 + 17779 = 75774 км / с.

Рухомі лінії

Той факт, що в спектрі SS 433 є три системи спектральних ліній, означає, що в ньому є, і три випромінюють області: одна з них не рухається щодо нас, а дві інші рухаються в різні боки вздовж променя зору. Щоб отримати уявлення про швидкостях цих рухів, скористаємося даними, які астрономи отримали в спостереженнях літа 1978, коли почалося вивчення джерела SS 433.

Виміряні тоді значення zВі zrсоставлялі: zB = -0.02, zR = 0.l.

На підставі формули ефекту Доплера (3.11), знаходимо для наближення до нас області

(3.15)

Це співвідношення містить дві невідомі величини - повну швидкість руху області її проекцію на промінь зору. Якщо припустити, що отношеніемало в порівнянні з одиницею, то променева швидкість = 0; 02 з = 6000 км / с.

Це досить велика швидкість, якщо порівняти її зі швидкостями руху зірок в Галактиці; останні не перевищують декількох сотень кілометрів на секунду. В межах 100 - 300 км / с лежать променеві швидкості зірок, знайдені А. А. Белопольським, а за ним і іншими спостерігачами. Для руху зірок зневага велічінойв знаменнику формули ефекту Доплера цілком виправдано. У разі SS 433 мова явно йде про набагато більш швидкому русі випромінюючої області, ніж звичайні руху зірок Галактики, Цим ??і корисна оцінка променевої швидкості; але що дається нею конкретне значення променевої швидкості слід все ж приймати з обережністю. У нашому розпорядженні немає ніяких незалежних даних про вугілля, і строгим єдиним результатом має вважатися співвідношення (3.15), що зв'язує цей кут зі швидкістю

Для віддаляється від нас області випромінювання маємо

(3.16)

У тому ж припущенні <Ні в Галактиці, ні поза її ніколи не спостерігалося перш джерела, яке випромінював би відразу дві системи ліній, настільки сильно зсунутих від стандартних положень. Великі зміщення в червону сторону спектра зустрічаються у квазарів, найбільш далеких об'єктів Всесвіту. У всіх же відомих досі випадках зміщення у блакитну сторону абсолютне значення z менше, принаймні, в 20-100 разів, ніж у SS 433.

Але найдивніше було виявлено в спостереженнях осені 1978 - весни 1979 рр. Американський астроном Б. Маргон і його співробітники, спостерігаючи SS 433 у вересні 1978 року, знайшли емісійні лінії-супутники на інших місцях, ніж за два місяці до того: вони роз'їхалися в різні боки. Значення | zB | і zRвозрослі і продовжували потім зростати до листопада 1978, поки не досягли максимальних значень | zB | max = 0, l; (ZR) mах = 0,18. Потім почалося зменшення | zB | і zR, і протягом грудня, поки тривали спостереження, лінії-супутники наближалися до основних лініях спектра. Коли в березні 1979 спостереження були продовжені (з грудня до лютого джерело не видно), виявилося, що лінії-супутники знову віддаляються від основних ліній; в кінці квітня був досягнутий новий максимум, причому | zB | і zRвновь взяли ті ж значення, що при першому максимумі.

Подальші спостереження (аж до останніх даних, які стали відомими до літа 1982) підтвердили, що зміни зсувів ліній-супутників відбуваються з регулярною періодичністю. Всі спостережні дані дуже добре лягають на дві однакові за формою періодичні криві, зрушені один щодо одного так, що максимуму однієї відповідає мінімум іншої і навпаки (рис. 14). Період зміни зсувів - 164 дня. [12]

Крім моменту максимальних значень | zB | і zR (він відзначений на рис. 14 буквою, а), є ще три інших виділених моменту (відзначених буквами b, с, d) на рис. 14. У момент b криві перетинаються, величина червоного зсуву для обох кривих однакова і позитивна по знаку: zB = 0,04. У момент з досягаються значення (zB) c = -0.01 (zR) c = 0,09. У момент d є друга за період перетин кривих з тим самим значенням z, що і в момент b.

У кожний з моментів а, b, с, d сума червоних зсувів по обидва кривим однакова: zB + zR = 0,08. Рівність суми червоних зсувів є взагалі в будь-який момент часу.

Розуміючи зміщення ліній у спектрі джерела як наслідок руху двох випромінюючих областей, кожній з яких відповідає своя крива на рис. 14, ми повинні тепер вважати, що цей рух має періодичний характер. Кожна з випромінюючих областей то наближається до нас, то віддаляється від нас, і коли одна наближається, інша видаляється, і навпаки. Двічі за період області міняються місцями: та, що наближалася, починає віддалятися, а та що віддалялася, починає наближатися. У ці моменти (b і d на рис. 14) променеві швидкості випромінюючих областей повинні, очевидно, звертатися в нуль.

Та обставина, що при зверненні в нуль променевих швидкостей червоний зсув залишається відмінним від нуля, вказує на важливість релятивистского ефекту уповільнення часу; він враховується коренем у формулах ефекту Доплера. Для моменту b, коли променева швидкість = 0, знаходимо значення повній швидкості, відповідне червоному зсуву zb = 0,04:

(3.17)

Це досить значна швидкість, і її значення характеризує обидві випромінюють області - факт, який має чимале значення для розуміння всієї картіни.Прецессія струменів

Дотепну інтерпретацію кінематики випромінюючих областей SS 433 запропонували англійські астрофізики А. Фабіан і М. Рис. Згідно з їх ідеї в джерелі є центральне тіло, з якого закінчуються в протилежних напрямках два струмені газу. З центральним тілом пов'язана основна випромінююча область, яка дає незміщені спектральні лінії, а струменя - це області, з яких виходять зміщені лінії випромінювання.

Далі, напрямок, уздовж якого викидаються струмені, не залишається незмінним у часі. Лінія струменів робить звернення навколо деякої осі. Рух лінії струменів схоже на обертання осі дзиги, запущеного так, що ця вісь не вертикально: вісь дзиги повільно (повільніше, ніж обертання дзиги) обертається навколо вертикалі. Таке періодичне рух осі дзиги (або гіроскопа) називають прецессией.

Ця модель здатна повністю відтворити криві червоного зсуву на рис. 14. Потрібно тільки належним чином підібрати швидкості струменів, орієнтацію осі прецесії щодо земного спостерігача і кут, який струменя складають з віссю прецесії (рис.15)

Справді, коли в русі однієї з струменів є складова вздовж променя зору, спрямована до нас, в русі інший струменя буде складова, спрямована по променю зору від нас. Це дає відповідно блакитну і червону системи ліній-супутників.

Через прецесії струменів їх орієнтація щодо спостерігача змінюється; періодично в часі змінюється кут, який лінія струменів становить з променем зору. Разом з цим кутом періодично змінюються і променеві швидкості струменів. Ніщо не заважає вибрати період прецесії рівним наблюдаемому, т. Е. 164 дням.

З того, що сума червоних зсувів обох областей завжди одна і та ж випливає, що променеві швидкості струменів в кожен момент часу рівні за величиною і протилежно спрямовані. Це можливо, очевидно, лише в тому випадку, якщо абсолютні величини швидкості обох струменів рівні.

Допустимо таке положення струменів, при якому вони перпендикулярні променю зору. У такі моменти (моменти b і d на рис. 14), променеві швидкості звертаються в нуль. Обчислена раніше за даними про ці моменти швидкість - (див. (3.11)) є швидкістю руху речовини в струменях і вона однакова для обох струменів. Тепер стає зрозумілим сенс результату (3.11): велічінахарактерізует відразу обидві випромінюють області, тому що швидкість викиду обох струменів однакова.

Скоростьсоставляет приблизно одну четверту частину швидкості світла. Це дуже велика швидкість, і тому зроблені нами попередні оцінки променевих; швидкостей (відносяться до того стану джерела, яке спостерігалося влітку 1978) повинні бути уточнені. З урахуванням релятивістського корнялучевие швидкості виявляються однаковими за абсолютною величиною: === 0,06с.Двойная система

Модель прецессирует струменів дає простий і красивий відповідь на питання, як в одному джерелі можуть виникнути три системи емісійних ліній з їх заплутаними, на перший погляд, змінами в часі. Набагато важче відповісти на питання, чому виникають і прецессируют струменя, що б'ють зі швидкостями, близькими до швидкості світла. Ретельні спостереження і поглиблений аналіз даних дозволять, як можна сподіватися, наблизитися до розуміння фізичного механізму чинного джерела SS 433. Накопичення відомостей триває, і ряд важливих обставин вже вдалося з'ясувати.

Перш за все, можна зробити певний висновок про температуру газу в випромінюючих областях SS 433. Для водню, емісійні спектри якого сильніше всіх інших ліній в цьому джерелі, є характерна температура близько 10 тисяч градусів; вона визначає межу між іонізованним і не іонізованним станами газу. Якщо температура перевищує 10 - 20 тисяч градусів, теплові руху атомів настільки енергійні, що при їх зіткненнях електронів може бути передана енергія, що перевищує максимально можливу енергію електрона в атомі і, отже, достатня для відриву електронів від ядер. У такому стані є, вільні електрони і вільні ядра водню - протони, газ іонізован і являє собою плазму. Коли електрони не пов'язані з ядрами в атоми, спектральні лінії, відповідні переходам електронів в атомах, виникати, очевидно, не можуть. Так як в SS 433 лінії спостерігаються, температура випромінюючих областей не перевищує характерною температури іонізації і 20 тисяч градусів - це для неї верхню межу.

Температура речовини в струменях не може бути й занадто низькою - адже зовсім холодний газ лінії не випромінює. Швидше за все, температура випромінюючих областей SS 433 близька до 10 тисячам градусів. Середні швидкості теплових рухів атомів при такій температурі, можна знайти за загальною формулою - кінетичної теорії газів;

(3.18)

Тут k = 1,38 · 10-23Дж / К - постійна Больцмана, mн = 1,67 · 10-27кг -Маса атома водню. При T = 104К = 2 · 104м / с = 20 км / с. Ця швидкість в 4000 разів менше швидкості руху струменів. Таке значне розходження швидкостей саме по собі вимагає пояснення.

Цікаві міркування про власну ширині струменів. Струменя не можуть бути занадто широкими: будь їх кут растворасравнім з кутом прецессіі20 °, вся картина була б змащеній і нечіткою. Замість ліній в спектрі джерела були б розмиті смуги, що відповідає всім різним значенням променевої швидкості, які вона приймає на товщині струменя. Насправді лінії-супутники в SS 433 вельми вузькі, і в крайніх положеннях їх товщина в усякому разі набагато менше відстані до основної лінії на шкалі довжин хвиль. Мабуть, кут растворане більше 3-4 °. Настільки висока ступінь спрямованості струменів являє собою, мабуть, один з найважчих питань у фізиці SS 433.

Уважне вивчення основної випромінюючої області SS 433 виявило, що випромінюються нею лінії не стоять на місці: вони теж здійснюють періодичні зміщення за шкалою довжин хвиль, але тільки набагато слабші, ніж лінії-супутники (тому-то ці рухи і не відразу помітили). Ці слабкі зміщення відповідають періодичним рухам з амплітудою (максимальним значенням абсолютної величини) швидкості близько 70 км / с. Це в 1000 разів менше швидкості струменів. Період слабких зсувів дорівнює 13 дням.

Період і швидкість, відповідні слабким зсувам емісійних ліній з основної випромінюючої області, дуже близькі до того, що зазвичай спостерігається в тісних подвійних системах зірок. Досить природно розуміти ці дані так, що в SS 433 є дві зірки, які вчиняють періодичні - з періодом 13 днів - руху навколо їх загального центру мас. Тоді традиційні методи астрономії, розроблені та випробувані в численних спостереженнях подвійних зірок, повинні і тут багато чого прояснити.

Дійсно, детальні оптичні спостереження дозволяють стверджувати, що одна з зірок у SS 433 - звичайна зірка спектрального класу О або В з масою в (10 - 20), температурою поверхні 20 тисяч градусів і радіусом в 2 · 10l9м. З радіусом цієї зірки порівняємо і розмір подвійної системи, т. Е. Відстань між її компонентами.

Міркування, якими зазвичай користуються астрономи для визначення відстаней до зірок (вони пов'язані в першу чергу з інтенсивністю ліній поглинання, що створюються в спектрі джерела міжзоряним газом), дозволили оцінити і віддаленість SS 433: джерело знаходиться до нас на відстані приблизно в 5,5 кпк. Це набагато більше відстані до найближчих до нас зірок (кілька парсек), але все ж помітно менше поперечника Галактики (близько 30 кпк).

Знаючи відстань, можна по принимаемому потоку випромінювання оцінити і повну енергія, що випускається джерелом в одиницю часу (якщо вважати, що він однаково світить на всі боки). Так знайдена повна світність SS 433: L = 1032-1033Вт, що в сотні тисяч або мільйони разів більше світності Сонця. На світ струменів доводиться близько одного відсотка повної світності. Розміри їх випромінюючих областей оцінюються в 1010м, що порівнянно з розміром подвійної системи.

SS 433 випускає не тільки оптичне, але також рентгенівське і радіовипромінювання. На рентгенівської карті джерела розрізняють центральний джерело рентгенівських променів і протяжні витягнуті структури з власними розмірами, що значно перевищують розміри подвійний зоряної системи. Таке будова виявляється і по радіоастрономічних даними. Рентгенівська світність становить 3 · 1028Вт, радіосветімость - 3 · 1025Вт.

Все це дуже нагадує добре відому астрономам картину туманностей, які залишаються на небі від спалахів наднових зірок. Швидше за все, що і SS 433, т. Е. Подвійна зірка разом з протяжними областями, які випромінюють рентгенівські промені і радіохвилі, - результат спалаху наднової, що сталася, наскільки можна судити, десятки тисяч років тому. Але якщо так, то можна висловити певні здогади і про другий зірці, складовою разом із звичайною зіркою подвійну систему SS 433. Вона може бути компактним залишком наднової - нейтронної зіркою або чорною дірою. Згідно з даними радянського астронома А. М. Черепащук компактний об'єкт в SS 433 може мати масу до (4 - 5). При масі, що перевищує межу в (3 - 3,5), це повинна бути чорна діра, а не нейтронна зірка.

Як і у вже відомих тісних подвійних систему в SS 433 можна припускати перетікання речовини з звичайної зірки на компактний об'єкт під дією його сили тяжіння. Не виключено, що речовина захоплюється на кругові орбіти, закручується навколо компактного об'єкта, перш ніж впасти на нього, і утворює досить значний за масою обертовий диск, схожий по вигляду на кільця Сатурна. Припускають, що саме з такого диска - уздовж його осі - і могли б викидатися струменя, виявлені в SS 433. Їх могло б живити речовина, перетікає з звичайної зірки на кімнатний об'єкт.

Що розганяє речовина струменів до релятивістських швидкостей? Чому струменя такі вузькі? Яка причина і прецесії?

Ці важливі питання чекають свого рішення.

Але є і ще одне питання, можливо, самий важливий і цікавий. У явищах зовсім іншого, набагато більшого масштабу, у світі гігантських радиогалактик і квазарів, відомі викиди і струменя, безпосередньо спостережувані по їх оптичному і радіовипромінюванню. У деяких-випадках речовина викидається з явно релятивістськими швидкостями. Вузькі витягнуті структури простягаються на відстані в десятки і сотні кілопарсек. Чи не зустрічаємося ми тут з явищем тієї ж природи, що і в SS 433, але тільки збільшеним до величезних розмірів? Чи інакше - чи не служить SS 433 зменшеною в 1010- 1012раз копією величезного «механізму», що діє в активних ядрах галактик і квазарах?

Не виключено, що в обох випадках причиною релятивістських викидів і струменів служать потужні газодинамічні процеси, що розвиваються в околиці чорної діри.

Розуміння цих процесів залишається поки далеко не повним; але, чудова вже й сама можливість універсального фізичного механізму, діючого в настільки різних масштабах, як подвійна зірка SS 433 і гігантські радіогалактики і квазари. [21] 3.2. Джети

Релятивістські джети проявляють себе у всіх діапазонах електромагнітного спектру. Рухомі по спектру емісійні лінії водню і гелію мають складний профіль і сильно змінні, що свідчить про клочковатой структурі джетів. Оптичне випромінювання джетів в лініях виникає на відстані приблизно 1015см від центрального джерела, де температура плазми опускається до 104К. Однак на малих відстанях всередині орбіти подвійної зоряної системи температура речовини джетів сягає сотень млн. К. Про наявність такої високотемпературної плазми біля основи джетів вперше дізналися з аналізу рентгенівських спектрів, отриманих на ШСЗ «Екзосат» в середині 80-х років. У цих спектрах присутня лінія випромінювання, що належить іонізованним до геліеподобного стану атомам заліза (Fe XXV). У такому стані біля ядра залишається тільки два електрони. Лінія виникає в результаті переходу електронів з першого збудженого рівня на основний. Випускаються при цьому кванти в лабораторній системі відліку мають енергію 6,7 кеВ. Ця лінія зміщалася по спектру з тим же періодом 163 дня, як і оптичні лінії. Більш того, співпали і амплітуди цих зсувів. Тим самим кінематична модель джетів була підтверджена аж до відстаней від джерела порядку 1012см. Ще більш інтригуючими виявилися результати рентгенівських спостережень, проведених ШСЗ «Гінга» в 1987-1989 рр. По-перше, у кілька разів зросла повна рентгенівська світність компактного джерела, а спектр став жорсткішим. По-друге, як

виявив Н. Каваї, структура емісійної рентгенівської лінії заліза виявилася більш, складною.

У спектрі присутня широка лінія, положення якої (близько 7 кеВ) не змінювалося з фазою прецесійного циклу. Ця компонента належить переходам між першим збудженим і основним рівнем вже водородоподобного (Ре XXVI) заліза. Відсутність помітного зміщення з фазою прецесійного циклу говорить про те, що широка лінія формується не в джеті, а переважно в квазісферіческой оболонці, що не бере участь в релятивістському русі. Крім цього, в спектрі спостерігалася вузька компонента, енергія якої періодично змінювалася з фазою прецесії, т. Е. Ця лінія народжувалася в релятивістському джеті і належала атомам заліза, що знаходяться в більш низьких стадіях іонізації. За спостереженнями з ШСЗ «Гінга» вперше були отримані криві блиску рентгенівських затемнень. Ці затемнення виникають в результаті покриття оптичної зіркою гарячих областей квазісферіческой оболонки і підстави джетів. Як випливає з аналізу цих затемнень, велика частина рентгенівського випромінювання виходить з області з розміром близько 0,1 відстані між компонентами подвійної системи. Тривалість рентгенівських затемнень дозволяє оцінити ставлення мас в системі.

3.3. Модель SS 433

Головне, що відрізняє SS 433 від інших систем з перетіканням речовини на компактний об'єкт, і з чим пов'язані феномени цього джерела - це величезна швидкість надходження речовини в аккреційний диск. При такій швидкості встановлюється режим сверхкритической дискової акреції. У чому ж тут справа?

Як відомо, при диференціальному кеплеровском обертанні речовини, яка встановлюється в аккреційному диску навколо компактного об'єкта, за рахунок деяких механізмів в'язкості (в основному, турбулентності) відбувається виділення енергії і втрата моменту кількості руху. В результаті цього речовина осідає на тяжіє центр. На великих відстанях від тіла з масою М світність диска поза радіусом R виявляється рівною 3/2 GMM / R, де G = 6,67 · 10-7см3с-2г-1- гравітаційна стала, М - швидкість акреції. З наближенням до центру при даному темпі акреції енерговиділення зростає. З іншого боку, воно не може перевищити певний межа, званий Еддінгтоновскім межею світності. Ця світність для центральної маси порядку сонячної приблизно дорівнює 1038ерг / с. На відстанях близько 10 км (радіус нейтронної зірки або остання стійка кругова орбіта навколо чорної діри сонячної маси) Еддінгтоновскій межа досягається при темпах акреції порядку 10-8 / рік. [12].

Світність звичайних подвійних рентгенівських джерел, як правило, менше Еддінгтоновского межі і відповідно темп акреції менше 10-8 / рік.

Однак при характерному для SS 433 темпі втекания речовини в диск (10-5 / рік) ця межа досягається на відстанях в тисячі разів більших радіусу нейтронної зірки (вважаємо, що маса центрального об'єкта близька до сонячної). Всередину цього радіусу речовина буде проникати тільки при такому темпі, який забезпечує енерговиділення на рівні критичного. Все інше речовина повинна відкидатися тиском випромінювання і відтікати від диска зі швидкістю, близькою до параболічної на даному відстані від центрального тіла, утворюючи квазі сферичну оболонку. У разі SS 433 швидкість виявляється близько 3 · 103км / с. Кінетична потужність (т. Е. Швидкість ви носа кінетичної енергії) відтікає речовини буде порядку Еддінгтоновской світності.

За певних умов в центрі диска можуть виникнути дві протилежно спрямовані воронки, які і направляють релятивістські джети. Звідки ж візьмуться джети? Як видається, невеликий градієнт тиску поблизу поверхні центрального джерела цілком достатній, щоб речовина виривалося з параболічною швидкістю (а це якраз 0,3-0,5 швидкості світла для нейтронної зірки). Важливо, що через дії в'язкості швидкість відтоку речовини на великих відстанях від поверхні нейтронної зірки буде практично постійною (3 · 103км / с). При цьому центральна оболонка з боку повинна виглядати абсолютно однаково незалежно від того, нейтронна зірка або чорна діра захована в її надрах. Однак, на думку авторів, невеликий градієнт тиску цілком може створитися на поверхні бистровращающейся нейтронної зірки зі слабким магнітним полем. Саме наявність такої нейтронної зірки пояснює появу джетів з спостерігається швидкістю.

Широка компонента

Відтікає від центральних частин диска потік неоднорідний. Його можна уявити розбитим на згустки холодної та щільної плазми, що рухається в більш гарячою і розрідженому середовищі (на кшталт спливаючих хмар). Переміщення цих «острівців» щодо гарячої середовища розігріває їх зовнішні частини. Саме в цій гарячій середовищі в результаті фоторекомбінаціі і виникає широка і потужна лінія водородоподобного заліза (енергія лінії 6,95- 6,97 кеВ). Характерна температура в області формування широкої лінії близько 1 кеВ, і висока ступінь іонізації заліза при такій температурі підтримується процесами фотопоглинання квантів з енергіями 10 кеВ і вище, які приходять з глибших шарів. Фотони, що випускаються в лінії, кілька разів розсіюються на гарячих електронах плазми, що і створює широку лінію. Потім ці фотони розсіюються на більш холодних спливаючих острівцях речовини практично не змінюючи своєї енергії. При цьому вони проходять додатковий шлях і виходять з оболонки багато далі зони формування широкої лінії. Саме ця ефективна оболонка з радіусом 0,1 відстані між компонентами затьмарюється нормальної зіркою. Аналіз показує, що іноді широка лінія заліза також частково народжується в джеті, проте фізично це зовсім інша лінія - це К-лінія низько іонізованого заліза з енергією 6,4 кеВ, зміщена до енергії 7 кеВ через ефект Доплера. Вона уширяется при розсіюванні на гарячих електронах в джеті, який неоднорідний і складається з окремих більш холодних згустків, оточених гарячої розрідженої плазмою. Додамо, що центральна оболонка і джет занурені в ще більш розріджену корону (або гало), і навіть при повному затемненні центральної оболонки і джета ми все-таки спостерігаємо залишкове рентгенівське випромінювання, розсіяне на електрон не затьмарює корони. Потрібна концентрація електронів в зовнішньому гало підтримується додаткової поставкою їх при «таненні» спливаючих щільних острівців в розрідженій плазмі зовнішньої корони.

Безперервне рентгенівське випромінювання SS 433, яке спостерігалося з борту ШСЗ «Гінга», описується законом гальмівного теплового спектру з температурою 30 кеВ. Це випромінювання в основному виходить з глибоких шарів центральної оболонки. Звичайно, неперервний спектр утворюється і в більш високих, т. Е. Менш гарячих, шарах оболонки, але з меншою інтенсивністю. Частина безперервного випромінювання формується в джеті і в моменти зниження світності центральної оболонки частка випромінювання від джета зростає. [23] 3.4. Чорна діра або нейтронна зірка?

Одним з невирішених питань на даний момент залишається питання про природу компактного об'єкта в SS 433. Спокусливо бачити в ньому кандидата в чорні діри, однак як нибудь надійних доказів цьому поки немає. Що ж ми знаємо про компактну зірці в SS 433? По кривій променевих швидкостей можна визначити функцію мас подвійної зоряної системи. Значення полуамплітуди променевих швидкостей, отримані по лінії іонізованого гелію Hell (l-4686 А), мають великий розкид - від К = 195 км / с до К = 150 км / с. При цьому розкид у функції мас виявляється ще більше: від f = 10,6до f = 4,8. Передбачається, що ця «лінія формується безпосередньо поблизу компактного об'єкту і тим самим її променева швидкість збігається з променевою швидкістю об'єкта. Щоб отримати оцінку маси цього тіла, треба знайти відношення мас в системі.

Це можна зробити з аналізу оптичних і / або рентгенівських затемнюваних кривих блиску. Оптичні криві блиску дають оцінку q »0,8 - 1, а з аналізу рентгенівських затемнень можна зробити висновок про q» 0,25. При цьому в першому випадку маса компактної зірки свідомо більше 3. У другому випадку, якщо амплітуда променевих швидкостей лінії гелію близько 150 км / с, маса компактної зірки буде менше 3, так що це цілком може бути нейтронна зірка. Ясно, що для визначення фундаментальних питань необхідні високоякісні спектральні оптичні спостереження «стаціонарних» емісійних ліній, положення яких модулюється орбітальним рухом компонент подвійної системи.

Зараз видається, що істотна частка оптичного випромінювання виходить з «спливаючих хмар», коли вони стають оптично прозорими. До цього моменту оптичне випромінювання було як би «замкнено» в оптично непрозорих хмарах. Іншими словами, два ефекти - збільшення площі розширюються хмар і зменшення їх оптичної товщини - дають додаткове світло з області з розмірами більше порожнини Роша компактного об'єкта. При моделюванні оптичних кривих блиску облік цих ефектів дозволяє зменшити відносний розмір порожнини Роша компактної зірки (а отже, відношення мас в системі). [3, 17] .3.5. Прецесія джетів

Залишається зрозуміти причину 164-денної прецесії джетів. Оскільки в будь-якої моделі їх колімація здійснюється деякою лійкою речовини навколо центрального тіла, прецессировать повинна і ця воронка, а, значить, принаймні внутрішні частини аккреционного диска. Якщо центральний джерело - обертається чорна діра, її прецесія автоматично гарантує прецессию внутрішніх частин аккреционного диска. Однак характерні часи цієї прецесії неймовірно великі. Якщо ж в центрі знаходиться нейтронна зірка без сильного магнітного поля, то потрібно прецесія всього аккреционного диска. Оскільки ми маємо справу з подвійною системою, в якій відносно недавно стався вибух однієї з компонент як наднової, імовірна несоосность осі обертання нормальної зірки, і орбітального кутового моменту. Під час спалаху наднової площину орбіти може змінити орієнтацію в просторі, в той час як кутовий момент нормальної зірки свою орієнтацію в просторі зберігає; зрозуміло, через деякий час через приливної взаємодії моменти обертання повинні стати співвісними. У такій ситуації може виникнути приливна прецесія нормальної компоненти, внаслідок чого весь диск також буде прецессировать. До освіти похилого аккреционного диска може також призвести анізотропний прогрів оптичної зірки рентгенівським випромінюванням - подібно до того, як це відбувається в подвійній рентгенівської системі Геркулес Х-1 [21]

Отже, що ж являє собою SS 433? Насамперед, це надкритична дискова аккреция на компактний об'єкт (швидше за все, на нейтронну зірку). У режимі сверхкритической дискової акреції виникає квазісферіческая відтікає структура з двома каналами вздовж осі симетрії, перпендикулярними площині диска. Додаткове енерговиділення поблизу поверхні нейтронної зірки створює градієнт тиску, під дією якого речовина виштовхується уздовж цих каналів. Ця картина в цілому нагадує два симетрично розташованих діючих вулкана і виділеної енергії достатньо, щоб надати речовині швидкість, рівну другої космічної для нейтронної зірки сонячної масси.Глава 4. Оцінка амплітуди ефекту відбиття для рентгенівської зірки зоряної системи Her X-1.

У зоряних системах часто спостерігається «ефект віддзеркалення» одного компонента від іншого. Внаслідок руху компонентів подвійної системи цей ефект має періодичністю.

Оцінимо амплітуду ефекту віддзеркалення, якщо відома світність компактної зірки, світність нормальної зірки, велика піввісь подвійної системи а і радіус нормальної зірки.

Розглянемо тісну подвійну зоряну систему (ТДС) типу SS 433, одна з компонент якої - нормальна зірка, а друга вироджена (релятивістський об'єкт, що є нейтронної зіркою або чорною дірою). Як правило, в таких системах оптична світність звичайної звездизначітельно менше рентгенівської світності релятивістському компоненти. Тому навіть мала частина рентгенівського випромінювання, що потрапляє на оптичну компоненту, викликає сильний розігрів її поверхні і додаткове випромінювання нагрітої поверхні нормальної зірки в оптичному діапазоні. Даний ефект є змінним внаслідок руху компонентів тісної подвійної системи. Це явище носить назву ефекту віддзеркалення. Оцінимо його. [8, 15]

Нехай-рентгенівська світність релятивістському компоненти. На одиницю площі поверхні сфери радіуса а кожну секунду від релятивістського об'єкта приходить енергія

(4.1)

Площа диска нормальної зірки.

Тоді кожну секунду на поверхню нормальної зірки площею S приходить від релятивістського об'єкта енергія:

(4.2)

В результаті нагрівання поверхні зірки цим випромінюванням, вона буде випромінювати додаткове випромінювання в оптичному діапазоні:

, (4.3)

де- безрозмірний коефіцієнт пропорційності.

У різні моменти часу спостерігач буде бачити різну частку нагрітої частини поверхні.

Зміна зоряної величини і буде амплітудою ефекту віддзеркалення. Позначимо її, або:

, (4.4)

де- енергія, що випромінюється зіркою у фазі, коли нагрітої частиною поверхні вона повернена від спостерігача;

а- енергія нормальної зірки, яку випромінює у фазі, коли додатково нагріта частина поверхні зірки цілком повернена до спостерігача.

. (4.5)

Т. к., Тому ми нехтуємо їй в знаменнику.

. (4.6)

Перетворимо вираз (4.6):

.

У результаті ми прийшли до такого виду:

. (4.7)

Будемо вважати, чтоі отримаємо підсумкову формулу для амплітуди ефекту віддзеркалення:

(4.8)

Чисельну оцінку зробимо для рентгенівської подвійної системи HZ Her (Her X-1), в якій = 100, = 3 · 1011см, а = 6 · 1011см. [13]

Щоб справити чисельну оцінку для рентгенівської подвійної системи HZ Her підставимо в отриману формулу (4.8) дані:

Отримали, що амплітуда ефекту відбиття для рентгенівської зірки зоряної системи Her X-1, що близько до спостережуваної величиною (див. Рис. На якому представлені криві блиску Her X-1 у фільтрах U, В іV). [13] Висновок

Ця дипломна робота присвячена унікальній за своїми властивостями тісному подвійній системі SS 433. Джерело дивний за багатством яскравих феноменів, фізика яких багато в чому до теперішнього часу остаточно не з'ясована. SS 433 є оптичним, радіо- і рентгенівським джерелом, з унікальними спектральними властивостями. В оптичному діапазоні цієї зірки спостерігаються три серії емісійних ліній, відповідних одним і тим же атомним переходам. Кожна лінія серії Бальмера представлена ??в спектрі трьома: «стаціонарної» і двома, зміщеними в червону і синю сторону на кілька ангстрем. Зміщені компоненти ліній рухаються по спектру з періодом 164 дня з амплітудою близько тисячі ангстрем. «Стаціонарні» лінії також періодично зміщуються з набагато меншою амплітудою і періодом 13 днів. Блиск зірки міняється з тим же періодом.Нерешен питання про природу компактного об'єкта, що він являє собою: нейтронну зірку або чорну діру. Існує дуже багато теоретичних і спостережних даних про SS 433, щоб можна було б усіх їх описати. Неминуче і поява нових шляхів при вирішенні проблеми.

Є дані, що кінематична модель потребує деякого виправленні. Астрономи сподіваються розгадати загадку SS 433 ще до того, як виявиться четвертий, п'ятий і шостий його періоди.

Подвійні зірки вельми часто зустрічаються в природі, тому їх вивчення істотно не тільки для з'ясування природи самих зірок, але і для космогонічних проблем походження й еволюції зірок.

У роботі зроблена оцінка амплітуди для рентгенівської зірки зоряної системи Her X-1 і отриманий результат: амплітуда ефекту відбиття для рентгенівської зірки зоряної системи Her X-1, що близько до спостережуваної велічіне.Література

1. Агекян Т.А. Зірки, галактики, мегагалактіка. М .: Наука. 1970. - 256 с.

2. Бакулін П.І., Кононович Е.В., Мороз В.І. Курс загальної астрономії. - М .: Наука, 1983. - 560 с.

3. Бісікало Д.В. Як відбувається обмін речовиною в подвійних зірках // Земля і Всесвіт. - 1999. - № 1. - С.3-10.

4. Гуревін Л.Е. Чернін А.Д. Походження Галактик і зірок. - М .: Наука, 1983. - 192 с.

5. Гурштейн А.А. Відомі таємниці неба: книга для учнів. М .: Просвещение, 1984. - 272 с.

6. Дагаєв М.М., Дьомін В.Г., Климин І.А. Чаругін В.М. Астраномія: навчальний посібник для студентів фізмату. - М .: Просвещение. 1983. - с.384.

7. Дагаєв М.М. Задачник - практикум з курсу загальної астрономії. - М .: Просвещение, 1965. - 146 с.

8. затемнених змінних зір / Под ред. В. П. Цесевича. - М .: Наука. Головна редакція фізико-математичної літератури. 1971. - 350 с.

9. Зірки і зоряні системи / За редакцією Мартинова Д.Я. - М .: Наука, 1981. - 416 с.

10. Каплан С.А. Фізика зірок. М .: Наука. 1977. - 208 с.

11. Куликівський П.Г. Довідник завдань з астрофізики: Навчальний посібник для вузів. - М .: Наука. Головна редакція фізико-математичної літератури. 1986. - 128 с.

12. ЛіпуновВ.М., Сурдин В.Г. Загадка SS 433 // Земля і Всесвіт. - 1980. №4. - С. 20-27.

13. Мартинов Д. Я., Ліпунов В.М. Збірник завдань з астрофізики: Навчальний посібник для вузів. - М .: Наука. Головна редакція фізико-математичної літератури. 1986.-128 с.

14. Мартинов Д. Я. Курс загальної астрофізики. 3-е изд. М .: Наука. Головна редакція фізико-математичної літератури. 1979. - 640 с.

15. Соболєв В.В. Курс теоретичної астрофізики. М .: Наука. 1985. - 504 с.

16. Сурдин В.Г. Народження зірок: Навчально-наукова монографія. М .: УРСС. 1997. - 208 с.

17. Фізика космосу. Маленька енциклопедія / За редакцією Р.А. Сюняєв. -М .: Радянська енциклопедія. 1986. - 264 с.

18. Черепащук А.М., Лютий В.М. Оптичні дослідження рентгенівських подвійних систем // Земля і Всесвіт. - 1986. - № 5. - С. 18-26.

19. Черепащук А.М. Чорні діри нові дані // Земля і Всесвіт. - 1992. - №3. - С. 23-32.

20. Черепащук А.М. Чорні діри і зірки Вольфа-Райе // Земля і Всесвіт. - 1999. - №3. - С. 26-38.

21. Чернін А.Д. Зірка і фізика. М .: Наука. 1984. - 160 с.

22. Шакура Н.І., Постнов К.А. Нове про унікальному об'єкті SS 433 // Земля і Всесвіт. - 1991. № 4. - С. 20-28.

23.. Шакура Н.І., Постнов К.А. Ультратестние подвійні зірки // Земля і Всесвіт. 1987. - №3. - С. 24-30.

24. Енциклопедія для дітей. Астрономія. М .: Аванта 2003. Т.8.

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка