Непосредственно увидеть аккреционный диск в тесной двойной системе пока нельзя: слишком далеки от нас эти объекты. Однако, есть методика, которая позволяет построить карту диска. Называется это - доплеровская томография.

Система WZ Sge. Слева показана карта в линии ионизованного гелия, а справа - в линии водорода H_β

Суть метода заключается в исследовании профилей эмиссионных линий в зависимости от орбитальной фазы двойной системы. Исследуются разные типы двойных систем, например, катаклизмические переменные. В обзоре кратко описывается суть методики и даются примеры (один из них показан на рисунке).

В последние десять лет были открыты аккрецирующие рентгеновские пульсары с миллисекундными периодами. В стандартной модели аккреции возникают некоторые проблемы с объяснением наблюдаемых свойств этих объектов. Например, с объяснением того, что темп аккреции у них различается почти на два порядка величины, или что эти объекты демонстрируют очень высокие темпы торможения.

Для объяснения наблюдаемых явлений авторы предлагают модифицированную модель диска у которого внешняя граница расположена на радиусе коротации. Размер такого диска зависит от периода вращения нейтронной звезды.

Сегодня известно пять аккрецирующих миллисекундных рентгеновских пульсаров. Большую часть обзора занимает пульсар SAX J1808.4-3658 - он был открыт первым и является самым изученным объектом в данной группе. От него к сегодняшнему дню наблюдались уже четыре вспышки. Последняя из них произошла в октябре 2002 г. и вызвала особый интерес, поскольку в ходе нее у объекта наблюдались килогерцовые квазипериодические осцилляции (QPO) одновременно на двух частотах и почти когерентные (периодические) пульсации во время рентгеновской вспышки первого типа. До сих пор килогерцовые QPO наблюдались только у рентгеновских новых - кандидатов в черные дыры, т.е. в системах с компактным объектом не обладающим собственным точно измеренным периодом вращения. Остальные четыре объекта этого класса были открыты в последние два года, к настоящему времени опубликованы результаты только небольшого количества их наблюдений. Возможно, в ближайшее время мы получим новые интересные результаты, касающиеся этих пульсаров.

Более развернутую и обновляемую версию данного обзора можно найти на сайте автора http://zon.wins.uva.nl/~rudy/admxp/

Объекту SAX J1808.4-3658 также посвящена статья astro-ph/0309345 "Апериодическое временное поведение аккрецирующего миллисекундного пульсара SAX J1808.4-3658"

Наблюдения с борта рентгеновского спутника RXTE обнаружили высокочастотные квазипериодические осцилляции (QPO) у ряда аккрецирующих рентгеновских систем с черными дырами. По крайней мере у двух систем колебания происходят на двух частотах, относящихся как 2:3. Для объяснения этого явления авторы предложили модель яркого пятна во внутренней части аккреционного диска вокруг керровской черной дыры. Вблизи внутреннего края диска, около последней устойчивой круговой орбиты, частоты радиальных колебаний обращающейся частицы составляют 1/3 орбитальной частоты. Наблюдение подобного пятна под некоторым углом к диску должно порождать квазипериодические осцилляции с отношениями частот 2:3 или 3:4.

Напомним, ультрамощные источники (УМИ) - это объекты, наблюдаемые обычно в рентгеновском диапазоне, поток излучения от которых сответствует изотропной светимости более 10³⁹ эрг/с. Эта светимость соответствует аккреции на черную дыру с массой 10 масс Солнца. Если мы видим бОльший поток, то или масса черной дыры больше (а откуда их взять?), или излучение не изотропно - джет.

Наблюдения указывают, что ультрамощные источники обычно находятся там же, где и молодые массивные звезды (хотя видят источники и в эллиптических галактиках). Некоторые из УМИ совпадают с остатками сверхновых. Это привело автора статьи к мысли, что источником вещества для аккреции может быть тоже самое вещество, что было выброшено при взрыве сверхновой.

Давно было показано, что после взрыва значительная часть вещества может выпадать обратно. Такой процесс получил название возвратная аккреция (fall-back). Вещество может образовывать диск, что может приводить к анизотропии излучения и образованию джетов. Но по видимому впервые идею возвратной аккреции применяют для объяснения ультрамощных источников (у меня эта работа вызвала реакцию: "Почему же я-то не догадался?!" - С.П.). Автор не претендует на объяснение всех известных объектов этого типа, т.к. стадия возвратной аккреции со столь высоким энерговыделением является достаточно короткой (около 100000 лет). Однако можно объяснить порядка 10 процентов источников, например те, что "сидят" в остатках сверхновых.

Сейчас известно достаточно много кандидатов в черные дыры в тесных двойных системах (см. обзор Черепащука в УФН). Некоторые из этих систем могут находиться в т.н. "спокойных" состояниях, когда их светимость становится чрезвычайно низкой. Причины этого неясны. Одной из наиболее популярных гипотез является адвекционная: в этом случае горячее вещество утекает под горизонт, и не происходит выделения энергии в виде электромагнитного излучения. В данной статье авторы предлагают альтернативу: "все уходит в свисток". Энергия уходит в кинетическую энергию струй, бьющих перпендикулярно аккреционному диску.

Что происходит с аккреционным диском, который пронизывается глобальным магнитным полем? Ход аккреции в нем контролируется одновременно двумя процессами - магнитным полем и вязкостью плазмы. Авторам данной работы удалось построить аналитическую модель для такого диска в адвекционно-доминированном случае (когда основная часть выделяемого в вязких процессах тепла переносится по радиусу потоком вещества, а не диффундирует поперек диска, как в стандартной модели). Силовые линии поля, поперечно пересекающие диск, порождают магнитный ветер - частицы вещества с поверхности диска ускоряются вдоль силовых линий. Вдоль оси вращения диска при этом образуются джетоподобные структуры. Все эти детали изображены на представленной схеме.

"Концептуальная схема" замагниченного аккреционного диска

Роджер Блэнфорд - живой классик современной астрофизики, его соавтор - Митчел Бегельман, также очень известный исследователь. Представленная ими работа сочетает в себе оригинальные результаты с обзором современного состояния гидродинамической аккреции (без существенного влияния магнитных полей).

При аккреции на черные дыры вещество излучает очень неэффективно. Диски оказываются полностью конвективными. Авторами получена серия 2-мерных автомодельных решений для конвективных дисков.

Распределение физических параметров в аккреционном диске без конвекции. Показаны поверхности постоянных значений (снизу вверх на рисунке) плотности p, давления P, сферического радиуса r, угловой скорости W, цилиндрического радиуса R, удельного углового момента L, интеграла Бернулли B и энтропии S. Все поверхности проходят через одну и ту же точку на экваторе диска.

В обзоре рассмотрены также следующие темы: одно- и двумерное описание дисков, циркуляция и отток вещества в дисках, отклонения от автомодельности во внутренних и внешних частях дисков, альтернативные модели адиабатической аккреции (неконвективные диски, адвекционно-доминированные диски, полностью конвективные диски, слабо связанные диски).

Фундаментальны астрофизический обзор, который выйдет в томе Annual Reviews этого года.

За последние десятилетие астрофизика существенно продвинулась, как в понимании ключевых физических процессов дисковой аккреции, так и в наблюдениях аккрецирующих рентгеновских источников.

В обзоре рассмотрены следующие вопросы: современная теория аккреции с учетом нелинейных флуктуаций, гидродинамические волны в дисках, гидродинамические неустойчивости, роль МГД турбулентности и ее численное моделирование, 2- и 3-мерное моделирование дисков.

Схема аккреционного диска с малым вкладом давления излучения

В галактике должно находиться 10⁸-10⁹ нейтронных звезд, родившихся за время ее жизни. Большинство из них слишком холодные, чтобы можно было заметить их собственное излучение, но они могли бы светит за счет аккреции из межзвездной среды. Расчеты, проводившиеся перед запуском рентгеновской обсерватории ROSAT (примерно в 1990 г.), показывали, что она должна была увидеть сотни и тысячи подобных слабых одиночных источников, а обнаружены были единицы (точнее, достоверно не открыто ни одного, есть семь объектов-кандидатов). Куда делись остальные? Какие факторы были учтены неправильно?

Оказывается их было насколько.

1. Оказалось, что пространственные скорости нейтронных звезд в среднем существенно выше, чем предполагалось в 1990 г.
2. Для правильной оценки аккреционной светимости нейтронных звезд необходимо учитывать влияние их атмосфер.
3. Для оценки темпа аккреции использовалась классическая формула Бонди, которые авторы предлагают модифицировать. Дело в том, что при аккреции энергия магнитных полей, вмороженных в межзвездное вещество, возрастает быстрее всего. На некотором расстоянии от нейтронной звезды эта энергия становится сравнимой с кинетической энергий вещества и аккреция начинает тормозиться.

Одна из целей научного подхода - описание наблюдаемых явлений с точки зрения наиболее общего (единого ) подхода. Отсюда поиски "теории всего", "Великое объекдинение" и т.д. Похожие вещи происходят во всех областях науки. В астрономии, например, пытаются объяснить активность галактик разных типов в терминах эволюционных стадий сверхмассивных черных дыр.

Аккрецирующие черные дыры встречаются не только в ядрах галактик. Есть такие объекты в тесных двойных системах. По всей видимости есть черные дыры промежуточных масс. Должны быть одиночные черные дыры, аккрецирующие вещество межзвездной среды... Процессы должны быть в какой-то степени похожи (о разных типах черных дыр см., например, обзоры Черепащука в УФН). В данной статье авторы представляют попытку единого описания различных объектов, содержащих аккрецирующие черные дыры, чья светимость существенно меньше эддингтоновской. Разница в том, что при светимости порядка эддингтоновской доминирует вклад диска, а при существенно меньшей светимости - нетепловое излучение релятивистского джета. Кандидатов в такое состояние много: от тесных двойных до активных и неактивных ядер галактик.

Основные предположения авторов сводятся к тому, что
джет всегда присутствует,
при некотором темпе аккреции (менее нескольких процентов от эддингтоновского) диск перестает быть существенным источником излучения,
если мы смотрим "в жерло", то вклад джета больше вклада диска.

Сравнение с наблюдениями показывает работоспособность модели, однако ясно, что она нуждается в дальнейшем развитии и новых проверках, поскольку очевидно, что реальность устроена несколько сложнее, чем просто тонкий диск + джет.

Гравитационное поле вокруг быстро вращающейся нейтронной или странной звезды имеет более сложный вид, даже чем поле Керровской черной дыры. Теперь можно не решать уравнения Эйнштейна, а воспользоваться формулами, выведенными автором данной статьи, которые правильно учитывают все физические эффекты. Если, конечно, вас удовлетворяет 10% точность.

Решать задачи аккреции непосредственно в рамках ОТО достаточно тяжело. Поэтому вместо искривленного пространства можно попытаться ввести псевдо-Ньютоновский потенциал в котором движение частиц описывается правильно. Это удается сделать для Шварцшильдовского гравитационного поля, которое существует вокруг невращающихся нейтронных звезд и черных дыр. Для вращающихся объектов обойтись одним потенциалом не удается. Авторы подробно рассматривают как единым образом можно ввести такие потенциалы и в каких случаях данных подход работает. Эта статья дополняет вышедшую в прошлом месяце:

^{(Архив Аккреция:} v.2, 2004, v.1, 2002-2003)