Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://xray.sai.msu.ru/~polar/html/publications/pop/hh_red_l.ltx Дата изменения: Tue Jul 28 18:25:40 1998 Дата индексирования: Sat Dec 22 04:54:23 2007 Кодировка: koi8-r Поисковые слова: запрещенные спектральные линии

\documentstyle[12pt]{article}
\begin{document}
\large
\frenchspacing
\begin{center}

ОБ`ЕКТЫ ХЕРБИГА-АРО
\\
A.А.Панферов\\
(САО РАН)\\
С.Б.Попов\\
(ГАИШ)\\
\end{center}

\baselineskip=1.4\baselineskip

АННОТАЦИЯ.\\

ЗВЕЗДООБРАЗОВАНИЕ--СЛОЖНЫЙ МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ ПРОЦЕСС.
МНОГОЕ В НЕМ ПОКА ОСТАЕТСЯ НЕПОНЯТНЫМ. ВСЕ ЗВЕНЬЯ ЦЕПИ ОБРАЗОВАНИЯ
ЗВЕЗДЫ ЗАСЛУЖИВАЮТ ОТДЕЛЬНОГО РАССМОТРЕНИЯ.

ОБЪЕКТЫ ХЕРБИГА-АРО--ОДИН ИЗ ВАЖНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ОБЩЕЙ КАРТИНЫ
ЗВЕЗДООБРАЗОВАНИЯ. ИЗУЧЕНИЕ ЭТИХ ТУМАННЫХ ОБРАЗОВАНИЙ ПРИВЕЛО К
БОЛЕЕ ЯСНОМУ ПРЕДСТАВЛЕНИЮ О ТОМ, КАК РОЖДАЮТСЯ ЗВЕЗДЫ. И ОТКРЫЛО
ЗАМЕЧАТЕЛЬНУЮ КАРТИНУ СЛОЖНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ
В ОКРЕСТНОСТЯХ "НОВОРОЖДЕННОЙ" ЗВЕЗДЫ.

\pagebreak

История астрономии богата заблуждениями относительно природы
небесных тел. Одним из таких заблуждений было представление об объектах
Хербига-Аро как о рождающихся звездах.
Эти объекты напоминают звездообразные оптические источники. Первые три
НН-объекта НН1, НН2 и НН3 были открыты в 1950г.
Г.Аро ( Мексика ) и Дж. Хербигом ( США ) в созвездии
Ориона при обзоре звезд, излучающих в линии водорода $Н_{\alpha}$.
По первым буквам фамилий первооткрывателей (Herbig и Haro) эти
объекты часто обозначают просто НН, так будем поступать и мы.
Объекты Хербига-Аро расположены, как правило, группами.
Их пространственная связь с газово-пылевыми
облаками и схожесть спектра со спектром молодых звезд типа Т
Тельца, казалось бы, свидетельствовали о рождении
звезд внутри НН-объектов. Казалось, что молодые звезды рождаются
на глазах у астрономов: новые НН-объекты появлялись в туманностях
за несколько десятков лет.

Изучение природы НН-объектов затрудняла их относительно
низкая светимость: ярчайшие из них - 15-ой звездной величины.
Наблюдения в широкой области спектра (от ультрафиолетовой до
радио) постепенно привели к пониманию места НН-объектов в общей
картине физики межзвездной среды и процесса звездообразования.

Существенное свойство
всех НН -- их связь со сверхзвуковыми потоками газа. В 1975
г. Р.Шварц (Германия)
предположил, что НН - это облака газа, излучение в которых
возбуждается ударной волной.

На сегодняшний день все проявления НН
нашли объяснение в модели столкновения облака с
окружающей средой, сверхзвуковые движения в которой возбуждаются
активной звездой. НН были обнаружены в остатках вспышек
сверхновых, в областях звездообразования и в планетарных
туманностях. Таким образом, НН появляются в результате
обильного, и возможно взрывообразного, истечения газа от звезд.

\begin{center}
Свойства НН-объектов
\end{center}

Объекты Хербига--Аро -- туманности, которые светят, в
основном, неотраженным светом. Поэтому излучение, приходящее
от НН-объектов, отличаются от излучения туманностей
других типов.

В спектре НН-объектов, в отличии от спектров
фотоионизованных туманностей, много
линий низкого возбуждения. Наиболее сильные --
бальмеровские линии водорода и запрещенные линии низкого
возбуждения ( [ОI], [SII], [NI], [FeII] -- здесь
скобки обозначают, что линии относятся к так называемым
запрещенным, а римская цифра за символом элемеента
обозначает степень ионизации). По отношениям их
интенсивностей определяют характерные физические параметры в НН:
температура $Т_е=10^4 К $ и плотность $ n_е=10^4 см^{-3}$.
Моделирование спектров показывает, что скорости ударных волн,
нагревающих газ, равны 30--180 км/с, а максимальные скорости,
измеряемые по ширине спектральных линий, составляют V=400 км/c.
Такие большие скорости
обеспечивают достаточную энергию для излучения в
ультрафиолетовой области спектра и образования линий высокого
возбуждения, таких как [ОIII] и СIV. В зависимости от вида спектра
НН-объекты подразделяются на объекты низкого возбуждения и объекты
высокого возбуждения. Физически такое разделение объясняется
различием скорости ударных волн в НН этих двух типов.

В отличии от точечных источников излучения (звезд) НН
обладают кроме спектральных характеристик еще морфологическими и
динамическими. Все эти характеристики связаны между собой. Так, для
некоторых НН обнаружена следующая корреляция: большим
собственным скоростям соответствует спектр меньшего возбуждения.
Это предполагает возбуждение газа на фронте ударной волны между
облаком и ускоряющим его потоком. Соответственно ударная волна
ориентирована, как обнаружилось, вверх по течению
относительно облака. Изучение НН в различных спектральных
линиях помогает понять их структуру. Оказалось, что
линии высокого возбуждения, например [ОIII], имеют большие ширины,
чем линии низкого возбуждения, например [ОI], и, к тому же, они
пространственно
разделены. Эти линии образуются в газе с разной
температурой. Поэтому в линии [OIII] мы видим фронт ударной волны, где
турбулентность и температура максимальны, а область рекомбинации
за этим фронтом видим в линии [OII]. Многие НН излучают в линиях молекул,
что также хорошо согласуется не с фотоионизацией, а с нагревом
ударной волной.

Последние исследования показывают, что
большинство НН-объектов находится в биполярных потоках,
представляющих собой узконаправленные истечения газа в двух
противоположных направлениях от молодых звезд типа Т Тельца.
(Земля и Вселенная,1994,N2,с.12).Изучение
связи НН-объектов и биполярных потоков способствовало пониманию
природы НН-объектов. Собственные скорости НН-объектов и скорости
биполярных потоков обычно близки по направлению (см.рис.3).
Сами же НН -- ярчайшие детали этих потоков. Ярчайшие НН
интерпретируются как головные ударные волны струй, или, согласно
часто использующейся терминологии, как 'рабочие поверхности'.
Они распологаются на
вершине струй, имеют изогнутую форму и сложную структуру (см.рис.2 и 4).
В отличии от них НН в теле струй могут быть образованы ударными
волнами другого типа, которые имеют плоскую форму и меньшую
дисперсию скоростей, что отражается на ширине эмиссионных линий. В
некоторых струях есть несколько головных ударных волн, которые
вероятно образовались в результате дискретных выбросов газа в струе.
Тип ударной волны определяет распределение интенсивности излучения
и состояния ионизации в струе:
головные ударные волны -- наиболее яркие и горячие образования в струе.

НН-объекты по космическим меркам очень быстро эволюционируют:
время их жизни составляет от десятков до сотен лет, и примерно равно
времени прохождения звуковой волны через облако. Скорости движения
НН достигают 300 км/с, а размеры--сотни астрономических
единиц. Скорость движения НН-объектов в струе зависит от плотности
среды, через которую пробивается струя: чем плотнее среда, тем
меньше скорость. Типичные светимости НН-объектов около $0.1 L_{\odot}$.
Разнообразие параметров среды, в которой встречаются НН, и
множество физических процессов, влияющих на их эволюцию, приводят
к наблюдаемому разнообразию морфологии этих объектов.

\begin{center}
Физика НН-объектов
\end{center}

Природа НН-объектов прояснилась, когда поняли их связь со
сверхзвуковыми потоками. Движение газа в этих струях при наличии
препятствия приводит к образованию ударной волны - области раздела
среды с резко различающимися физическими параметрами газа по
разные стороны от фронта. Струя, двигаясь через
среду со сверхзвуковой скоростью, с одной стороны, сгребает
газ из среды и ускоряет его, а с другой стороны, газ самой струи
замедляется в головной ударной волне. В результате за фронтом
ударной волны происходит уплотнение газа, который при этом
вследствии
диссипации кинетической энергии разогревается и излучает.
Уплотнение и нагрев газа может происходить и при движении ударной
волны, возбужденной в неподвижной среде. Таковы основные механизмы
образования НН объектов.

Подойти к пониманию эволюции и структуры НН-объектов помогают
наблюдения с помощью инструментов высокого разрешения. Однако,
стремясь к более детальному изучению, исследователи НН-объектов
обращаются к помощи численного эксперимента на компьютере. Этот
способ изучения также имеет свои особые трудности. Например, чтобы
смоделировать реальную структуру НН-объекта, необходимо решить
трехмерную нестационарную гидродинамическую задачу, с учетом эффектов
охлаждения излучением, переноса излучения, состояния ионизации
и т.д. В полном объеме это пока сделать не удается.

Результаты
численных и лабораторных экспериментов
показывают, что НН, являющиеся рабочими поверхностями
струй, имеют два основных ударных фронта. Во-первых это диск
Маха, где движение струи замедляется. Он имеет плоскую
форму. Во-вторых это сама головная ударная волна,
с изогнутой формой,
ускоряющая газ из окружающей среды (см.рис.2 и 5). В теле струи в результате
взаимодействия со средой с боков развиваются плоские ударные
волны, которые по своим свойствам похожи на упомянутый выше диск
Маха. Тепловая неустойчивость за ними может привести к образованию
НН объектов. Вообще, множество динамических и тепловых
неустойчивостей играет большую роль в
образовании НН-объектов. Эти неустойчивости "виновны" также в разбиении крупных
облаков на более мелкие. Возможно из-за этого излучает не
весь видимый объем НН-объектов, а лишь его часть (для
некоторых НН эта доля составляет 0.001).
Цепочка НН, хорошо видимая на полученных изображениях,
представляет собой уплотнения газа в струе.
Если НН-объект движется в струе относительно фонового потока
со сверхзвуковой скоростью,
то он похож на "рабочую
поверхность" в голове струи. НН могут образовываться и из газа,
проникшего через боковую поверхность струи.
Все эти эффекты наблюдаются в той или иной степени у разных струй
и НН-объектов.

Раз сформировавшись, НН претерпевает диссипацию и разрушающее
воздействие со стороны окружающей среды. На границе раздела
происходит турбулентное перемешивание газа из двух сред. Это
приводит к увеличению ширин линий в спектре. При обтекании облака потоком
давление в облаке, согласно эффекту, Бернулли уменьшается в
направлении, перпендикулярном скорости потока ( облако
расширяется в этом направлении со скоростью звука). Дополняют
разрушающее воздействие различные неустойчивости и испарение
облаков. В результате облако может быть раздроблено на более
мелкие облачка.

Подобная эволюция облачной структуры в диффузных
астрономических источниках является универсальной: она видна и в
оболочках вокруг звезд, и в межзвездной среде, и в оболочках
вокруг активных галактических ядер, и в аккреционных потоках на
массивные галактики. Например, до сих пор неясной остается структура
сверхбыстрых струй у рентгеновской двойной звезды SS433, одного
из наиболее интригующих объектов современной астрофизики ("Земля и
Вселенная" 19 ).

Свидетельства о неоднородной структуре струй SS433 поступают как
из спектральных наблюдений так
и из энергетических соображений. Известно, что
кинетическая светимость струй примерно равна $L_k=10^{39} $ эрг/с,
а светимость в линии $Н_{\alpha}: L_h =10^{36}$ эрг/с. Из этих
уравнений получают, что излучающим газом
заполнена лишь $ 10^{-5}$ часть объема струи. Характерный размер
облаков в струях SS433 можно оценить разными способами. Самый прямой--
по времени переменности, которую связывают с появлением в струе
нового облака. Это дает размер порядка $10^{12}$ см. Другой метод,
учитывающий полное количество облаков в струе, также дает около
$10^{12}$ см.А вот по отношениям интенсивностей различных эмиссионных
линий получается около $10^8$ см. Возникшее противоречие,
возможно, является кажущимся и объясняется тем, что для оценки
размеров использовались разные свойства одного и того же феномена.
Ведь облако может состоять из множества более мелких облачков,
что и будет определять наличие нескольких масштабов. Возможно,
более точный ответ на вопрос о структуре струй SS433 мы получим
изучая НН-объекты, которые можно наблюдать с гораздо большим
пространственным разрешением.

Несмотря на большие успехи, достигнутые в исследованиях
природы НН-объектов, остается невыясненной их эволюция. Особый
интерес в исследованиях НН-объектов представляют вопросы
о физических процессах, связанных с возбуждением и
распространением ударных волн, о процессах обмена массой и
энергией на границе раздела двух сред, о влиянии этих процессов на
излучение. В силу турбулентной природы пограничного слоя при
высоких скоростях и сложности протекающих в нем процессов он не
поддается точному теоретическому описанию, а возможности наблюдений
ограничены невысоким пространственным разрешением.
В последнее время интерес к НН-объектам заметно усилился в связи
с увеличением мощности компьютеров, применяемых для
численного моделирования и улучшением
пространственного разрешения телескопов. Великолепные
перспективы для наблюдений НН-объектов открувает космический
телескоп им. Хаббла. Исследования НН объектов помимо
самостоятельной важности имеют большое значение для изучения
образования звезд, побочным продуктом которого является
большинство НН-объектов.


\pagebreak
Подписи к рисункам.\\

Рис.1. Область неба в созвездии Ориона с НН1 и НН2 объектами,
представляющие собой головные ударные волны двух противоположно
направленных струй. НН2 сильно фрагментирован.
Общий размер комплекса 0.4 пс.\\
(Из работы Б.Рейпурта, С.Хэлткота, М.Рота, А.Норьега-Креспо и А.Рага)

Рис.2. НН34 -- комплекс НН-объектов в облаке
L1641 в созвездии Ориона. В центре видна струя, направленная
в сторону НН34 (это головная ударная волна струи).
С противоположной стороны от источника струи видна другая головная
ударная волна, но соответствующая ей струя не обнаружена.
НН34 движется в пространстве со скоростью 330 км/с, под углом 30 градусов
к лучу зрения.\\
(Из работы Б.Рейпурта и С.Хэлткота)

Рис.3. Кинематическая карта НН34,
состоящего из нескольких сгустков, заключенных в менее плотную общую
оболочку.\\
(Из работы Дж.Эйслоффера и Р.Мандта)

Рис.4. Структура головы струи. Сверхзвуковое движение струи (1)
через окружающую среду (2) приводит к образованию главных ударных
волн (сплошная линия) и контактных разрывов (пунктир штрихами и
точками), которые разделяют четыре различные области ( в 1В и 2В
находится газ, прошедший через ударные волны). Стрелками обозначены
скорости струи $V_с$ и головной ударной волны $V_{ув}$.

Рис.5. Результат компьютерного моделирования струи.
Изображение в линии $Н_{\alpha}$.
Источник струи переменен.
Струя состоит из цепочки ярких узлов, каждый из которых
имеет "рабочую поверхность". Струя расположена под углом 30 град
к лучу зрения.\\
(Из работы Дж.Стоуна и М.Нормана)

\end{document}