Астронет > Структура сверхкритического аккреционного диска

Астронет: С. Н. Фабрика/САО РАН Структура сверхкритического аккреционного диска
http://variable-stars.ru/db/msg/1185985

Структура сверхкритического аккреционного диска
18.01.2003 22:37 | С. Н. Фабрика/САО РАН, пос. Нижний Архыз

Сверхкритические аккреционные диски формируются вокруг черных дыр (или нейтронных звезд) при темпе аккреции вещества на черную дыру, превышающем критическое значение, соответствующее Эддингтоновскому пределу светимости. При сверхкритической аккреции сила давления излучения превышает силу гравитационного притяжения, при этом наблюдается мощное истечение вещества из областей, окружающих черную дыру. Впервые структура сверхкритического аккреционного диска была описана теоретически Н.И.Шакурой и РА.Сюняевым в 1973 г.

Сверхкритический режим наступает в случае черных дыр звездных масс в тесных двойных системах при темпах аккреции превышающих 10^-7 масс Солнца в год, в случае сверхмассивных черных дыр в квазарах и ядрах галактик при темпе аккреции большем, чем 1-10 масс Солнца в год. Сверхкритические аккреционные диски наблюдаются в некоторых наиболее ярких квазарах. В нашей Галактике сверхкритический режим аккреции имеют некоторые рентгеновские новые - микроквазары, но транзиентно, т. е. в течение нескольких часов во время максимума вспышки. Постоянный (перманентный) сверхкритический аккреционный диск имеет уникальный объект SS433 - тесная двойная система, состоящая из сверхгиганта 20 масс Солнца и черной дыры 12 масс Солнца.

Изображение сверхкритического аккреционного диска SS433

Сверхкритический аккреционный диск SS433 порождает мощный, также сверхкритический, ветер, истекающий со скоростью несколько тысяч км/с, кроме того, перпендикулярно диску выбрасываются две узкие коллимированные струи вещества со скоростью 80000 км/с. Аккреционный диск SS433 и, соответственно, струи "прецессируют" с периодом 163 дня, т. е. вращаются вокруг оси полного момента двойной системы, с амплитудой $\pm$ 20^o. Прецессия является следствием взрыва Сверхновой при образовании черной дыры, произошедшего около 100000 лет назад и разбалансировавшего моменты вращения компонентов. Эта прецессия создает уникальную возможность для исследования методом наблюдений сверхкритического диска, ветра и струй SS433. SS433 - единственный объект астрофизики, где мы имеем возможность непосредственного исследования сверхкритического режима аккреции газа на черную дыру, структуры таких аккреционных дисков и прямых измерений физических параметров и условий в этой области.

На телескопе БТА в течение 1986-1997 г.г. были проведены спектральные наблюдения SS433 и найдены параметры сверхкритического ветра и релятивистских струй. На рисунке показан профиль скорости ветра, истекающего из аккреционного диска в зависимости от угла $\alpha$ , отсчитываемого от оси диска. В плоскости диска скорость ветра около 100 км/с, далее над плоскостью диска она резко возрастает и при полярном угле $\sim$ 60^o скорость ветра достигает 1300 км/с. Температура газа ветра также возрастает к оси диска (измерено по линиям водорода и HeI, кружки на рисунке) от 10000 К до 30000 К. В околополярной области, вокруг оснований струй наблюдается горячий ветер с температурой около 50000 К (измерено по линиям HeII). По оси диска распространяются струи со скоростью 80000 км/с. По линиям низкого возбуждения (FeII, треугольники на рисунке) найдена эволюция структуры ветра с увеличением расстояния от объекта. После того, как в плоскости диска холодный ветер был испущен со скоростью 100 км/с, вследствие прецессионного разворота аккреционного диска, горячий и быстрый ветер догоняет медленный, в котором возникает ударная волна. После релаксации ветров, на большом расстоянии от объекта средняя скорость ветра в плоскости двойной системы составляет 300 км/с. Этот "экваториальный" ветер SS433 был недавно обнаружен методами радиоастрономии со сверхдлинными базами (Европейская сеть).

Скорость ветра из сверхкритического аккреционного диска SS433 в зависимости от полярного угла диска. В плоскости диска ветер холодный и медленный, над плоскостью диска скорость и температура ветра резко возрастают

В результате спектральных исследований струй SS433 на телескопе БТА было найдено, что они чрезвычайно узкие (1^o), состоят из большого количества ( $\sim$ 10¹²) мелких ( $\sim$ 10⁸ см) облаков холодного ( $\sim$ 10⁴ К) газа. Облака газа движутся по строго баллистическим траекториям. Поток кинетической энергии в струях равен $\sim$ 10³⁹ эрг/с. В недавних наблюдениях американской рентгеновской Обсерватории CHANDRA были полностью подтверждены геометрия и энергосодержание струй SS433, найденные на БТА.