Астронет > Оболочки-гиганты (в межзвёздной среде)

Астронет: В. С. Имшенник, "Физика Космоса", 1986 Оболочки-гиганты (в межзвёздной среде)
http://variable-stars.ru/db/msg/1201993

Оболочки-гиганты (в межзвёздной среде)

- оболочки из уплотнённого холодного межзвёздного газа, окружающие области горячего разреженного газа. По своим физ. св-вам О.-г. близки к оболочкам - остаткам вспышек сверхновых, но имеют значительно большие размеры.

В 1980 г. с борта внеатмосферной обсерватории "ХЕАО-А" (США) был обнаружен гигантский (очень протяжённый) источник мягкого рентг. излучения в созвездии Лебедя с центром около звезды $\gamma$ Лебедя и угловым размером $13^\circ\times 18^\circ$ (Cygnus Superbuble, CS). Расстояние до этого источника оценено в 2 кпк, хотя, возможно, оно и несколько меньше (нижнюю оценку даёт расстояние в 0,8 кпк до остатка сверхновой - Петли Лебедя, к-рый расположен к нам ближе, чем рентг. источник). Источник CS частично заслонён от нас плотными облаками газа и пыли, известными под названием Большой Провал (Great Rift). Вблизи центра источника CS расположена мощная звёздная ассоциация ОВ2, также сильно заслонённая газово-пылевыми облаками. При расстоянии до источника $\approx$ 2 кпк его поперечник равен 0,4 кпк, т.е. примерно толщине диска Галактики.

По оптич. наблюдениям в линии водорода Н $$_\alpha (\lambda$=6563 \AA)$ граница рентг. источника окаймлена системой водородных волокон, существование к-рой можно объяснить распространением в межзвёздной среде ударной волны. Радиоастрономич. наблюдения на волне 21 см показали, что рентг. источник окружён сверхоболочкой из нейтрального холодного водорода. Это согласуется с картиной движения ударной волны: перед её фронтом находится холодный нейтральный газ, а за фронтом - очень горячая плазма, излучающая преимущественно в рентг. и УФ-диапазонах. По спектру рентг. излучения, почти идентичного для разных участков источника, была определена темп-ра излучающей плазмы $T\approx 2\cdot 10^6$ К. По измеренному потоку излучения f = 1 фотон/(см²с) (около Земли), данным о средней по спектру энергии фотонов $\varepsilon$ = 0,8 кэВ и межзвёздном поглощении излучения (оно ослабляется примерно в 8 раз) вычислены поток энергии излучения $F\approx 10^{-8}$ эрг(см²с), полная рентг. светимость источника $L_{CS}\approx5\cdot 10^{36}$ эрг/с и пространственная концентрация электронов в источнике $n_e\approx 2\cdot 10^{-2} \mbox{см}^{-3}$ . Отсюда следует, что запас внутр. энергии излучающей плазмы при норм. исходном хим. составе газа ( $n_{\rm He}/n_{\rm H}\approx 0,1$ ) равен $\varepsilon_{CS}\approx 3/2kT (2n_{\rm H}+3n_{\rm He})\cdot V_{CS}\approx3/2 kT\cdot 1,91n_e\cdot V_{CS}\sim 10^{52}$ эрг (в этой ф-ле n_H - число атомов водорода, n_He - число атомов гелия в 1 см³, $V_{CS}\approx 5\cdot 10^{62}$ см³ - объём источника). Полученное значение внутр. энергии источника слишком велико, чтобы связать его происхождение со вспышкой обычной сверхновой звезды (ср. энергия, выделяющаяся при вспышке обычной сверхновой, составляет $\approx 5\cdot 10^{50}$ эрг).

Существуют две осн. гипотезы о происхождении О.-г. в созвездии Лебедя. Согласно первой из них, оболочка возникла под действием звёздного ветра, к-рый создают следующие друг за другом вспышки сверхновых. Порождённые взрывами сверхновых потоки газа движутся со скоростями ~ 10⁴ км/с, типичными для расширения молодых остатков сверхновых. Для создания и поддержания мощного "ветра" частота вспышек сверхновых должна быть достаточно высокой. Это требование может выполняться, т.к. рассматриваемые процессы протекают в плотных газово-пылевых облаках, где могут рождаться массивные 0-звёзды (см. Звездообразование). Эти звёзды быстро эволюционируют (за ~ 10⁶ лет) и заканчивают свою жизнь вспышкой сверхновой. Как показали расчёты, исходившие из начальной концентрации частиц межзвёздного газа $n_0\approx 1 \mbox{см}^{-3} (n_0=n_{\rm H}+n_{\rm He})$ , О.-г. в Лебеде могла бы возникнуть при последовательно произошедших вспышках ок. 40 сверхновых (возраст оболочки оценивается в $4\cdot 10^6$ лет).

Вторая гипотеза рассматривает происхождение рентг. источника CS и О.-г. как результат очень мощного взрыва единичной массивной звезды. Согласно расчётам, энергия, выделившаяся при таком взрыве, должна достигать $\varepsilon_0\approx 5\cdot 10^{52}$ эрг, а время, прошедшее с момента взрыва, ~ 1 млн. лет ( $n_0\approx$ 1 см^-3). Важнейшей проблемой для второй гипотезы явл. реальность единичных взрывов с аномально большим энерговыделением (примерно в сто раз превышающим энергию вспышек обычных сверхновых). Возможность столь мощных взрывов следует из анализа кривой блеска одной необычной сверхновой SN1961v. Эта сверхновая, судя по кривой блеска, резко отличалась от сверхновых первого и второго типов. Её кривая блеска, во-первых, не имела начального куполообразного максимума; во-вторых, платообразный ход кривой, длившийся более года, сменился значительным подъёмом с последующим крутым падением блеска; в-третьих, на спадающей части кривой выявились ступени, так что эта сверхновая наблюдалась очень долго, ок. 10 лет. Анализ кривой блеска SN 1961v привёл к неожиданным результатам: $\varepsilon_0\sim 10^{52}$ эрг, масса ${\mathfrak M}_{SN}\sim 10^3 {\mathfrak M}_\odot$ , $R_{SN}\sim 10^2 R_\odot$ . На более ранних фотографиях в месте вспышки сверхновой SN 1961v удалось обнаружить предсверхновую с очень высокой абс. светимостью, к-рая вполне соответствует указанным выше параметрам. Схожий по характеристикам звездообразный объект R136a был открыт недавно в Большом Магеллановом Облаке.

Упомянутые расчёты распространения звёздного ветра (первая гипотеза) или продуктов единичного взрыва (вторая гипотеза) в межзвёздной среде осуществлялись в рамках модели "снежного плуга", рассматривающей источник как расширяющуюся область неизлучающего горячего газа, окружённого плотной излучающей тонкой оболочкой. Оболочка возникает из сгребённого вещества межзвёздной среды. По сравнению с массой оболочки масса горячего газа в центральной области считается пренебрежимо малой, как и толщина оболочки по сравнению с размером области. Теория позволяет определить простые степенные зависимости от времени осн. характеристик источника: внутр. энергии, давления в центральной области и радиуса О.-г. С учётом адиабатичности газа в начальной стадии расширения удаётся определить энергию взрыва, а затем и др. характеристики предсверхновой звезды (аналогично можно получить характеристики звёздного ветра в первой гипотезе).

В рамках второй гипотезы намечается эволюционная последовательность: 1) сверхмассивные звёзды типа R136a ( ${\mathfrak M}_{SN}\approx 10^3 {\mathfrak M}_\odot$ ), 2) аномально мощные взрывы сверхновых типа SN 1961v ( $\varepsilon_0\sim 10^{52}$ эрг), 3) гигантский остаток сверхновой типа Cygnus Superbuble ( $R_{CS}\approx$ 200 пк).

Существуют и др. гипотезы происхождения О.-г. в Лебеде. Прежде всего значительный вклад в образование О.-г. мог внести обычный звёздный ветер от горячих и массивных звёзд, в частности звёзд упомянутой ОВ2-ассопиации. Существует и такая крайняя точка зрения, что вся О.-г. явл. кажущимся наложением обычных оболочек, порождённых звёздами ОВ-ассоциации и отдельными вспышками сверхновых. Тем не менее в пользу единой причины образования О.-г. в созвездии Лебедя косвенно свидетельствует существование др. объектов подобного типа в Галактике и в соседних галактиках. Методами радиоастрономии обнаружены десятки О.-г. диаметром от 100 до 300 пк. Они проявляют себя и в рентгеновском диапазоне длин волн. В близкой окрестности Солнца имеются, по-видимому, ещё два объекта, подобных объекту CS: туманность в Парусе (Gum Nebula) и комплекс в Орионе - Эридане. связанный, по-видимому, с петлей Барнарда. Вклад таких оболочек, содержащих горячий газ, в энергетику межзвёздной среды может оказаться очень большим (грубо говоря, в них может быть сосредоточена половина энергии межзвёздной среды).

(В.С. Имшенник)

В. С. Имшенник, "Физика Космоса", 1986
Глоссарий Astronet.ru