 |
Астронет: В. Б. Игнатьев/ГАИШ Гравитационно-волновое излучение от галактических
компактных двойных звезд на эллиптических орбитах http://variable-stars.ru/db/msg/1174691/node2.html |
<< Титульный лист | Оглавление | 2. Стационарная функция распределения >>
1. Введение
Гравитационно-волновая астрономия является одной из самых молодых областей современной астрофизики. Это, прежде всего связано со слабостью реалистичных гравитационно-волновых сигналов и трудностью их регистрации при помощи современных технологий.
Начало 21 века будет ознаменовано введением в строй крупных международных
проектов для регистрации Гравитационных Волн (ГВ) в диапазоне частот
Гц (LIGO, VIRGO, GEO-600)
1.1. Чувствительность этих
лазерных интерферометров будет позволять регистрировать ГВ от
астрофизических источников, среди которых наиболее вероятными будут
асимметричный коллапс звезд и слияния двойных систем. В области более
низких частот большой сейсмический шум не позволит детектировать ГВ
наземным интерферометрам, и для их регистрации потребуются космические
интерферометры, свободные от сейсмического шума Земли.
Основной космический проект разрабатываемый совместно ESA и NASA
- это Laser Interferometr Space Antenna (LISA) (Бендер и др. 2000),
состоящий из трех спутников, удаленных друг от друга на
расстояние 5 миллионов километров. Предполагается, что этот детектор
будет обладать высокой чувствительностью в диапазоне частот
Гц.
Основными астрофизическими источниками для этой антенны станут слияния
двойных сверхмассивных черных
дыр (Веккио 1997) в ядрах галактик, отдельные тесные двойные системы, а также возможно
реликтовый фон ГВ.
Существование ГВ с неизбежностью следует из Общей Теории Относительности. И хотя до сих пор не было прямого обнаружения, имеется много неоспоримых, хотя и косвенных, свидетельств в пользу существования гравитационных волн. При этом наблюдения подтверждают теоретические предсказания, основанные на учете гравитационно-волновых эффектов, не только качественно, но и количественно. Например, изменение орбит двойных нейтронных звезд (PSR 1913+16; Нобелевская премия 1993 года, Халс 1994), существование катаклизмических переменных и сверхновых типа Ia.
Источник гравитационных волн, интересный с точки зрения его детектируемости, должен быть достаточно мощным, сигнал от него должен попадать в полосу чувствительности детектора, и события приводящие к излучению ГВ должны случаться достаточно часто за время работы детектора.
Источники ГВ принято разделять на три категории: импульсные, периодические и
стохастические. Импульсный сигнал представляет собой несколько колебаний поля
, при этом характерная длительность сигнала значительно меньше
времени наблюдения. Примером таких источников являются вспышки сверхновых и завершающая
стадия слияния двойной системы. Периодический сигнал представляет собой квазипериодическую
волну, амплитуда и частота которой мало меняется за время работы детектора. Типичными
источниками такого вида излучения являются двойные системы и быстро вращающиеся нейтронные
звезды. Последний тип ГВ-сигнала - стохастический сигнал, представляет собой стационарный
шум с достаточно широким спектром. Стохастический фон ГВ может быть образован совокупностью
периодических или импульсных источников.
Источниками стохастических фонов могут быть как и
различные популяции галактических двойных компактных звезд, так и реликтовые
ГВ, происхождение которых связанно с квантовыми процессами в очень ранней вселенной.
Одним из наиболее приоритетных источников ГВ являются галактические двойные звезды, излучение от которых на стадии сближения попадает в частотный интервал LISA, а на стадии слияния - в диапазон чувствительности наземных интерферометров.
В нашей Галактике насчитывается порядка 
звезд, из них
примерно половина входит в состав двойных или кратных систем. Обычные
галактические двойные, хотя бы одна из компонент которых является
звездой главной последовательности, излучают гравитационные волны в
низкочастотном диапазоне (
Гц)(Мироновский
1965). На более высоких частотах
Гц галактическая
популяция сливающихся белых карликов создает стохастический фон
гравитационных волн, уровень которого находится выше кривой
чувствительности детектора LISA. Также на частотах
Гц происходит излучение ГВ от галактических сливающихся
двойных звезд.
Простая оценка безразмерной амплитуды ГВ,
создаваемой источником на
расстоянии 
где
- гравитационный радиус системы, 
- скорость масс, составляющих
квадрупольный момент системы, а 
- скорость света, показывает, что ГВ большой
интенсивности будут излучаться тесными двойными
системами состоящими из массивных звезд, таких как, нейтронные звезды (НЗ),
черные дыры(ЧД) или
белые карлики (БК).
Все типы двойных компактных звезд имеют ряд характерных особенностей связанных с
особенностями эволюции этих систем.
Наиболее распространенный тип двойных компактных звезд
- двойные белые карлики - имеют почти круговые орбиты и сливаются на частотах 
Гц.
Двойные НЗ в результате своей эволюции приобретают эксцентричные орбиты и сливаются
на частотах 
кГц, то есть являются более тесными системами.
Дипломная работа состоит из трех частей, первая часть - введение.
Во второй части рассмотрены условия образования различных
популяций галактических двойных компактных звезд и их особенности, влияние
некоторых начальных параметров на эволюцию этих систем.
Построены начальные и стационарные
функции распределения двойных НЗ по орбитальным параметрам:
большой полуоси 
и эксцентриситету 
. Начальная функция распределения
получена при помощи метода популяционного синтеза, а стационарная в предположении,
что функция распределения сливающихся НЗ в Галактике
по орбитальным параметрам 
стационарна.
Рассматриваются условия, при которых выполняется это предположение.
Третья часть посвящена излучению гравитационных волн от сливающихся
двойных компактных звезд. В начале рассмотрено излучение от одной системы и
особенности, которые возникают при излучении ГВ от систем на эллиптических орбитах.
Совокупность большого числа двойных БК, НЗ и ЧД приводит к тому, что в некотором
диапазоне частот излучение от галактических компактных звезд
будет образовывать стохастические фоны, наиболее сильный из которых - стохастический
фон ГВ от сливающихся БК. Рассмотрены особенности стохастического фона, образованного
системами на некруговых орбитах. В завершение третьей части проанализирована
возможность детектирования отдельных широких импульсов от галактических двойных НЗ и систем
типа массивный БК+НЗ. Такие импульсы излучаются при пролетах звездой периастра эллиптической орбиты
на частотах, где уже не образуется стохастический фон.
Космический интерферометр LISA сможет регистрировать такие импульсы от нескольких (
)
систем в Галактике на уровне отношения сигнала к шуму 
на частотах
Гц
в течение одного года наблюдений.
<< Титульный лист | Оглавление | 2. Стационарная функция распределения >>