Рассмотрим двойную систему звезд. По какой орбите движется

материальная точка, оказавшаяся в окрестностях этой системы? Пока она

близка к одному из компонентов, ее движение определяется тяготением этого

компонента. Частицы движутся по коническим сечениям (эллипс, парабола,

гипербола). По мере удаления от одной звезды и приближения к другой

потенциал, создаваемый одной звездой, уменьшается, а другой - растет. И где-

то на линии, соединяющей звезды, существует точка, где силы притяжения двух

звезд и центробежная сила уравновешены. Частица, попавшая в эту точку,

может свободно перейти из поля действия одной звезды в поле действия

другой. Это и есть внутренняя точка Лагранжа L1. Участки пространства

вокруг каждой звезды, заключенные внутри эквипотенциальной поверхности с

потенциалом, равным потенциалу в точке Лагранжа, называются полостью Роша

данной звезды. Процесс массообмена может быть весьма интенсивным, если одна

звезда (донор) находится в процессе перехода в красный гигант и заполняет

свою полость Роша.

Ко второму и третьему типам относятся системы, в которых массообмен

определяется звездным ветром. Структура течения в этом случае сильно

зависит от отношения W скорости ветра к орбитальной скорости системы,

поэтому и пришлось ввести два варианта таких систем: с отношением W((1

(второй тип), и W>1 (третий тип). [3]

2.2. Обмен веществом в полуразделенных системах

В полуразделенной ТДС одна из звезд заполнила критическую поверхность

Роша. Эта звезда - донор; вторая, в конечном счете поглощающая значительную

долю вещества, потерянного первой, - аккретор. Обмен веществом происходит

через окрестность внутренней точки Лагранжа L1. Газодинамику истечения

вещества из окрестностей точки L1 неоднократно исследовали многие авторы.

Впервые анализ данной проблемы, полученный в полуаналитическом приближении,

представлен в работах Б. Пачинского и Р. Сенкевича, а также С. Любова и Ф.

Шу в начале 70-х годов. Детальное исследование процесса обмена веществом в

двойных звездах аналитическими методами затруднено, поскольку процесс очень

сложный, в частности, необходимо учитывать взаимодействие струи вещества,

проходящей в окрестностях точки Лагранжа, с окружающей средой. Нелинейный

характер такого взаимодействия приводит к необходимости решения полной

системы газодинамических уравнений для описания процессов, происходящих в

полуразделенных двойных.

Рассмотрим теперь результаты исследований, выполненных в рамках

трехмерной модели. Расчеты были сделаны для типичных представителей

маломассивных рентгеновских и катаклизмических двойных. Катаклизмические

переменные – системы, состоящие из маломассивной звезды главной

последовательности и белого карлика с коротким (несколько часов) периодом

орбитального обращения. Помимо изменений блеска, вызванных орбитальным

движением, у них наблюдаются различные виды вспышечной активности.

Полученные результаты свидетельствуют о качественно похожем характере

течения в исследуемых системах. Выявлены следующие особенности процесса:

1) вещество струи разделяется на три потока: первый формирует

квазиэллиптический аккреционный диск вокруг звезды-аккретора; второй

огибает аккретор вне диска; третья часть струи удаляется от обеих звезд,

однако значительная доля вещества этого потока в дальнейшем меняет

направление своего движения под действием силы Кориолиса и остается в

системе;

2) взаимодействие струи и диска не является ударным.

Часть вещества струи сразу попадает в диск и в дальнейшем, теряя

угловой момент под действием вязкости, участвует в процессе аккреции.

Полученные количественные оценки показывают, что в стационарном режиме

течения доля аккрецируемого вещества составляет весьма значительную долю

(вплоть до 75%) от общего количества газа, вбрасываемого в систему звездой-

донором.

Гипотеза "горячего пятна", образуемого, якобы, в месте предполагаемого

удара истекающей из донора струи об аккреционный диск, была предложена

ранее для объяснения сложной картины переменности катаклизмических звезд.

Вокруг звезд системы существует общая оболочка из разреженного газа и, как

оказалось, взаимодействие газа со струей, вытекающего из окрестности Ц,

отклоняет ее. Это приводит к безударному (касательному) контакту струи с

наружным краем аккреционного диска и, как следствие, к отсутствию "горячего

пятна". В то же время взаимодействие газа общей оболочки со струей приводит

к образованию протяженной ударной волны переменной интенсивности,

расположенной вдоль края струи. Область высвечивания горячего газа,

нагретого ударной волной, лежит вне аккреционного диска, однако основное

энерговыделение, вследствие изменения интенсивности ударной волны вдоль

струи, происходит в достаточно ограниченной области (60% выделяется в

прилегающей к диску части волны). Этот факт, а также приблизительно равные

значения скорости энерговыделения и приводили к тому, что гипотеза

"горячего пятна" в общем достаточно хорошо удовлетворяла наблюдениям.

Для проверки истинности представленной модели были рассчитаны кривые

блеска для катаклизмической двойной Z Хамелеона (Z Cha) и проведено их

сравнение с наблюдениями. При построении теоретических кривых блеска

использовалась фотометрическая модель, разработанная членом-корреспондентом

РАН A.M. Черепащуком и кандидатом физико-математических наук Т.С. Хрузиной.

Сравнение наблюдаемой и рассчитанной кривых блеска показывает хорошее

согласие. На теоретической кривой можно увидеть практически все основные

детали, характерные для наблюдаемой кривой блеска Z Cha. Подобные кривые

блеска построены для различных типов катаклизмических двойных. Они

показали, что, оставаясь в рамках рассматриваемой модели течения без

"горячего пятна", можно объяснить все многообразие наблюдаемых кривых

блеска. Более того, в ряде случаев новая модель способна лучше объяснить

наблюдения, чем модель с "горячим пятном".

Качественное подобие полученных решений для различных типов

полуразделенных систем позволяет говорить об универсальности

рассматриваемой модели. Однако все эти результаты получены для

установившегося режима течения. Если сильно влияние внешних факторов,

возможно возникновение и других особенностей, в частности, областей

ударного взаимодействия диска с потоком газа в системе. Например, если диск

сформировался еще до заполнения звездой-донором своей полости Роша, то в

начале стадии интенсивного обмена массой возможно возникновение горячего

пятна в месте соприкосновения струи вещества с наружным краем диска,

которое должно исчезнуть после выхода течения на стационарный режим.

Интересно определить длительность жизни этого образования. Естественно

принять за него время, требуемое для полной замены вещества диска. В случае

типичных полуразделенных систем установлено, что для этого достаточно

нескольких десятков орбитальных периодов. Следовательно, большую часть

времени существования полуразделенных двойных систем картина течения

вещества в них описывается представленной выше моделью.

2.3. Массообмен посредством звездного ветра

Наряду с исследованием перетекания газа через внутреннюю точку

Лагранжа, внимание астрофизиков все больше привлекает другой возможный

механизм обмена веществом в ТДС - посредством звездного ветра. Важность

подобных исследований определяется, в частности, тем, что к системам, где

истекающая звезда не заполняет свою полость Роша и обмен веществом идет

посредством звездного ветра, относятся очень интересные симбиотические и

массивные рентгеновские звезды. Проведенные исследования показали, что

общая картина течения вещества в подобных системах определяется, в первую

очередь, параметрами звездного ветра. Из наблюдений известно, что различные

классы объектов, принадлежащих к ТДС с компонентами, не заполняющими

полость Роша, могут иметь значительно различающиеся режимы истечения

вещества (так, например, в рентгеновских двойных скорости газа в 10-100 раз

больше, чем в так называемых симбиотических звездах).

Основываясь на результатах двумерных газодинамических расчетов,

попытаемся выяснить общие тенденции изменения картины течения в зависимости

от параметров звездного ветра. Это может иметь и практическое значение для

анализа наблюдений. В качестве свободного параметра при расчетах введем

отношение W скорости ветра к орбитальной скорости аккретора, что позволит

использовать полученные результаты при анализе других двойных систем.

Расчеты проведены при фиксированных параметрах двойной системы: масса

первичного - истекающего - компонента [pic] и радиус [pic], что

соответствует объемной степени заполнения полости Роша в 29.6%; масса

вторичного компонента - компактного объекта - [pic], а радиус [pic].

Орбитальный период T = 725 дням, расстояние между центрами компонентов

[pic]. Данные параметры двойной системы являются типичными для

симбиотических звезд. Учитывая, что скорость истекающего газа -

определяющий параметр при формировании структуры течения вещества,

полученные результаты могут быть с определенными оговорками перенесены и на

другие системы.

Анализ полученных результатов показывает, что при больших скоростях

ветра ([pic]>[pic], т.е. W>1) в двойных системах наблюдается коническая

ударная волна, обусловленная прямым потоком вещества от звезды-донора.

Увеличение скорости ветра приводит к уменьшению раствора конуса и смещению

его оси к линии, соединяющей центры звезд.

Уменьшение скорости ветра приводит к заметному усложнению картины

течения, и, в частности, к формированию сложной структуры из ударных волн и

тангенциальных разрывов. В подобных системах при уменьшении скорости ветра

наряду с прямым потоком вещества от звезды-донора существенную роль

начинает играть поток, обусловленный орбитальным движением звезды-аккретора

в газе звездного ветра. Характерная особенность рассчитанной структуры при

малых скоростях ветра (типичных для симбиотических звезд с [pic]< 30-50

км/с и значением параметра W< 1-1.5) - наличие двух отошедших ударных волн:

одна находится перед аккретором на пути орбитального движения, другая -

между компонентами системы (вместо конической ударной волны). В системах со

слабым ветром вещество, падающее на компактный объект, движется по

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10