|
Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес
оригинального документа
: http://xray.sai.msu.ru/~lipunov/text/iskuss/node1.html
Дата изменения: Wed Feb 14 17:50:30 2001 Дата индексирования: Tue Oct 2 11:58:27 2012 Кодировка: koi8-r Поисковые слова: сферическая составляющая галактик |
Имея в руках столь мощное средство, как Машина Сценариев, первым делом мы решили приготовить нашу Галактику. Здесь мы преследовали две стратегических цели: во-первых, наша Галактика -- Млечный Путь -- исследована подробнее остальных и, моделируя ее звездное население, мы можем наиболее полно проверить правильность наших теоретических представлений, отрегулировать ключевые параметры, выбрать наиболее реалистичный эволюционный сценарий и попытаться обьяснить генезис образования удивительного зоопарка астрофизичеких обьектов, открытых в семидесятые годы: рентгеновских пульсаров, радио-пульсаров, рентгеновских барстеров, кандидатов в черные дыры, рентгеновских новых звезд и т.д...Во-вторых, интересно знать, а сколько и чего мы еще можем открыть в нашей Галактике?
Но прежде перечислим основные физические процессы, включенные в последний вариант. Лучше всего это сделать на примере эволюции конкретной двойной системы. Для этого мы выбрали из недр компьютера один из наиболее интересных длинных эволюционных треков, который нам еще понадобится дальше, (Рис.2).
Figure 2.: Эволюционный трек двойной звезды, приводящий к образованию
радиопульсара с черной дырой. Слева и справа в ближайших
колонках приводятся массы звезд в единицах солнечной массы. А - расстояние
между звездами, выраженное в солнечных радиусах, и Т - возраст двойной
системы в миллионнах лет.
Эволюция двойной начинается с момента, когда обе звезды находятся на так называемой главной последовательности, и в их недрах идет термоядерный синтез гелия из водорода.
Конкретно, мы видим две голубые звезды с массами 52 и 35 масс Солнца. Это массивные звезды, каждая из которых вначале находится глубоко под полостью Роша -- критической поверхностью, ограничивающей область гравитационного влияния каждой из звезд.
Так как, согласно основному закону ядерной эволюции, более массивная звезда сжигает свой водород первой, то она и первой начинает перестраивать свою внутреннюю структуру, при этом она расширяется. Через четыре миллиона лет она заполняет свою полость Роша, и ее вещество без дополнительных затрат энергии начинает перетекать на соседку, которая по-прежнему находится на главной последовательности. Обмен массой продолжается до тех пор, пока не стечет вся оболочка первоначально массивной звезды, и в оставшемся гелиевом ядре не вспыхнет реакция горения гелия в углерод.
Обратите внимание, что после обмена вторая звезда стала более массивной, -- это так называемая перемена ролей в двойной системе.
Образовавшаяся гелиевая зведа (астрономы такие звезды давно наблюдают и называют звездами Вольфа-Райе) живет очень недолго; буквально через сотню тысяч лет она пережигает весь гелий и более тяжелые элементы и взрывается как сверхновая, рождая сверхплотную нейтронную звезду.
Молодые нейтронные звезды обладают сильными магнитными полями и быстрым вращением. Благодаря этому, они излучают мощные потоки релятивистских частиц и радиоволн и наблюдаются как радиопульсары.
В данном случае мы видим, что эволюция двойной естественным образом привела к образованию очень редкого, открытого всего несколько лет назад, симбиоза голубой звезды и радиопульсара.
Теперь в двойной системе появляется еще один тип эволюции -- эволюция замагниченной нейтронной звезды, состоящая в медленном замедлении ее вращения и смене источников энерговыделения.
Мы видим три фазы: Е -- эжектор, может наблюдаться как пульсар. Эжектор черпает свою энергию из энергии вращения посредством магнитного поля. Когда звезда замедлится настолько, что звездный ветер соседки, захваченный гравитационным полем нейтронной звезды, устремится к ее поверхности, то он потушит пульсар. Однако, быстрое вращение еще некоторое время препятствует падению плазмы на поверхность (стадия Р -- пропеллера), и, лишь после дополнительного замедления, вспыхивает яркий рентгеновский пульсар, излучающий гравитационную энергию ударяющегося об поверхность нейтронной звезды вещества. Сейчас наблюдается около 20 таких рентгеновских пульсаров.
Затем соседка наконец пережигает свой водород и начинает расширяться, и теперь история повторяется, -- она пытается отдать ранее взятое вещество обратно.
Но небольшая нейтронная звезда не в состоянии принять его, и оно рассеивается в окружающее пространство.
В результате образуется пара -- нейтронная зведа и звезда Вольфа-Райе, которая живет недолго и взрывается как сверхновая. Однако, из-за большей массы, чем при первом взрыве, возникает черная дыра с массой порядка 20 масс Солнца, а не нейтронная звезда.
Итак, мы получаем еще один удивительный, еще пока не открытый, симбиоз -- двойную, состоящую из радиопульсра и черной дыры.
Перейдем теперь к модели Галактики. В таблице 1 приведена упрощенная матрица состояний двойных звезд с релятивистскими компонентами в в нашей Галактике. По горизонтали и вертикали показаны разные состояния компонент системы. На пересечении наблюдательные примеры. Знак вопроса означает, что такие системы должны быть , но пока не открыты.
Table 1.: Матрица всех возможных типов двойных
систем искусственной
Галактики
Как видим, даже в упрощенной для популярной статьи табличке мы имеем 24 различных типов двойных из которых только шестая часть открыта.
Остановимся на одной клеточке в левом верхнем, заполненной совсем недавно, -- это быстровращающаяся нейтронная звезда в паре с голубой нормальной звездой. Существование их было предсказано еще в 1984 году по резульатам наших первых рассчетов. Надо сказать, что мы не ограничились констатацией факта, а подробно исследовали все выгоды, которые могут получить астрономы после открытия такого объекта. Во-первых, открытие подвтерждало бы правильность наших представлений об эволюции не только нормальных, но и нейтронных звезд; во-вторых, пульсар, вращающийся в звездном ветре обычной звезды, является своеобразным естественным зондом околозвездной плазмы и ее магнитного поля: радиоизлучение пульсара, проходя через замагниченную плазму, во-первых, притормаживатеся за счет уменьшения фазовой скорости в плазме, во-вторых, существенно поглощается, а в-третьих, меняет плоскость поляризации. Все три эффекта теперь наблюдаются австралийскими радиоастрономами, -- и мы впервые имеем прямую информацию о параметрах звезного ветра и магнитных полях голубых звзед. Однако одно обстоятельство было неожиданным. Пульсар двигался по аномально сильно вытянутой орбите, -- в течении 3 лет (полпериода обращения) он удалялся от соседки в 10 раз.
Figure 3.: Вероятность обнаружения радиопульсара на
вытянутой орбите. По горизонтальной оси отложен эксцентриситет
орбиты. Пунктирной линией показано распределение всех нейтронных
звезд по эксцентриситетам. Сплошной -- распределение тех нейтронных
звезд, которые могут быть видны как радиопульсары.
Чтобы радиоволны могли выйти из звездного ветра, радиопульсар
должен двигаться по сильно вытянутой орбите. Поэтому макисмум вероятности
приходится на большие эксцентриситеты.
Коенечно, столь необычный факт вызвал целый ряд публикаций, в которых астрофизики искали специальные эволюционные причины. Но нам удалось объяснить это явление из совершенно иных соображений. Конечно, вытянутость орбиты связана со сбросом вещества в момент образования нейтронной звезды, -- сброс стремится разорвать двойную, -- вот орбита и вытягивается. Но почему у первого же пульсара -- такой огромный эксцентриситет? Мы смоделировали распределение таких двойных по эксцентриситетам и обнаружили, что это распределние достаточно плоско, и круглые орбиты также предочтительны, как и вытянутые. Но из-за поглощения радиоволн в звездном ветре обычной звезды, большинство их как радиопульсары просто не видны. Чтобы декаметровые волны не поглощались, пульсар должен вынырнуть из плотных слоев зведного ветра, а это возможно только при большой вытянутости орбиты. На Рис.3 мы специально приводим распределение для "видимых пульсаров", -- оно имеет резкий максимум у самых вытянутых орбит.
Не удивительно, что и первый пульсар такого рода оказался среди них. Кстати, недавно открыт и второй пульсар, правда, в соседней галактике -- Большом Магеллановом облаке, но тоже на сильно вытянутой орбите.