6. Сверхкритическая аккреция


Перед тем как вступать в область гипотез, нужно четко отделить наблюдаемое от воображаемого. Надежно установлено, что SS433, она же V1343 Орла, — двойная система, период обращения которой равен примерно 13 дням.
Период почти такой же, как у системы /? Лиры. Из системы истекает вещество со скоростью в несколько тысяч километров в секунду. Скорость истечения вполне нормальная, обычная для горячих О-В звезд, а вот темп истечения аномально велик. Само по себе это еще не повод для беспокойства. Если бы на этом список характерных свойств SS 433 закончился, то эту звезду можно было бы, хотя и с трудом, вписать в рамки обычных двойных звезд.
Но, кроме всего прочего, двойная система по непонятной причине выбрасывает две струи газа с гигантской скоростью: 80 000 км/с. Направление выброса струй «прецессирует» с периодом 164 дня. Струи наблюдаются в радио- и рентгеновском диапазонах. Двойная окружена туманностью, напоминающей остаток вспышки сверхновой. К этому стоит добавить, что сама звезда очень слабо излучает в рентгеновском диапазоне. На этом надежная информация кончается.
Весьма вероятно, что одной из компонент двойной системы является голубая звезда спектрального класса В с массой больше или порядка 10М0. О природе второй звезды пока известно очень мало. Вероятнее всего, это релятивистская звезда — нейтронная звезда или черная дыра — на что указывают большая скорость выброса струй и остаток вспышки сверхновой.
Но почему релятивистская звезда ведет себя столь странным образом? !В массивных двойных системах релятивистские звезды становятся яркими источниками рентгеновского излучения. В системе SS433 совершенно не то. По своим наблюдательным свойствам вторая компонента двойной больше напоминает обычную горячую звезду. И если бы не релятивистские струи, ее вполне можно было бы отнести к разряду нормальных звезд.
Взгляните на табл. 2, в которой приведены физические характеристики рентгеновских пульсаров. Нет ни одного пульсара, светимость которого значительно превышала бы эддингтоновский предел (19)14^. Это не случайно. Все рентгеновские пульсары «работают» в режиме докритической аккреции. Или не сильно превышая эддингтоновский предел. Совершенно по-другому выглядит релятивистская звезда, на которую идет сверхкритическая аккреция.
Сверхкритическая аккреция обязательно должна возникнуть в тесной двойной системе при втором обмене массой через внутреннюю точку Лагранжа. Темп перетекания при этом в десятки тысяч раз превышает критическое значение, соответствующее эддингтоновскому пределу. Если бы все вещество упало на релятивистскую звезду, то сила давления
14^ Массы рентгеновских пульсаров порядка нескольких масс Солнца, поэтому эддингтоновский предел для них равен 50-100 тыс. Z© (Z© — светимость Солнца).

излучения во столько же раз превышала бы силу гравитации. Вывод таков: все вещество не может упасть на звезду.
Но как же вещество может одновременно и падать, и не падать? Оказывается, может. Это легко устроить в случае дисковой аккреции. Н. И. Шакура и Р. А. Сюняев в 1973 году качественно описали возникающую при этом картину. Конкретно они рассмотрели сверхкритическую аккрецию на черную дыру. Вдали от черной дыры структура аккреционного диска слабо отличается от обычного докритиче- ского диска. На этих расстояниях энергия, выделяющаяся в диске, много меньше эддингтоновского предела и сила давления света невелика. Но вот на некотором расстоянии давление излучения становится сравнимым или даже больше силы гравитации. Часть вещества под действием излучения «выдувается» из диска. Остальная часть вещества продолжает продвигаться к черной дыре. Чтобы аккреция была стационарной, т. е. не зависящей от времени, на черную дыру должно падать вещества ровно столько, чтобы полная светимость в диске не сильно превышала эддингтоновский предел. Эддингтоновский предел вычисляется для случая статической (неподвижной) звезды, излучающей одинаково по всем направлениям. В диске, конечно, нет ни статичности, ни одинаковости. Поэтому небольшое превышение над эддингтоновским пределом не разрушает диск.
В режиме такой «полуаккреции» черной дыры достигнет только малая доля первоначально захваченного вещества. Почти целиком вещество «выдувается» в виде квази- сферического потока, напоминающего звездный ветер. Вещества так много, что жесткое рентгеновское излучение, возникающее вблизи черной дыры, практически полностью поглощается им. Поэтому релятивистская звезда в сверхкритическом режиме не может быть ярким источником жесткого рентгеновского излучения. Внешний наблюдатель видит только «шубу», которая по внешним свойствам напоминает обычную звезду.


Рис* 88* Сверхкритическая дисковая аккреция


Аккреционный диск обладает выделенным направлением — осью. Вдоль этой оси могут вырываться струи газа, оттекающие с релятивистской скоростью от самых центральных областей аккреционного диска. Такая картина была описана за 6 лет до открытия уникальных свойств источника SS433. Она могла бы рассматриваться как предсказание, если бы астрономы задолго до этого не обнаружили релятивистские струи в мире галактик и квазаров.
Классическим примером выбросов вещества (их называют джетами) из ядер галактик является выброс, наблюдаемый в галактике Дева А (см. рис. 89), известный еще с «древних» времен. Сейчас известны десятки примеров такого рода. Правда, струи в ядрах галактик движутся не с субрелятивистскими, а с ультрарелятивистскими скоростями. Это не обычное вещество, а сгустки релятивистских частиц, «запутавшихся» в магнитных полях, выброшенных вместе с ними из ядра галактики.
Именно для объяснения этих выбросов была предложена модель струй, вырывающихся вдоль оси сверхкритического диска.

Рис. 89. Выброс из ядра галактики Дева А


Если на место черной дыры в центре сверхкритического диска поместить нейтронную звезду, то многое останется без изменений. По-прежнему все внутренности были бы скрыты от внешнего наблюдателя непрозрачной «шубой». Мы бы видели обычную звезду. Мощное магнитное поле нейтронных звезд разрушает сверхкритический диск на расстояниях в несколько десятков и сотен радиусов нейтронной звезды. Все вещество, достигающее магнитосферы, «сваливается» на поверхность нейтронной звезды. При этом выделяется энергия, в десятки и сотни раз превосходящая эддингтоновский предел. Часть вещества под действием сил давления излучения может быть выброшена вдоль магнитной оси нейтронной звезды со скоростью порядка второй космической для нейтронной звезды, т. е. со скоростью ~ 100 000 км/с. Если ось вращения нейтронной звезды совпадает с ее магнитной осью, то внешний наблюдатель увидит, как из-под «шубы» в двух противоположных направлениях вырываются струи вещества, движущиеся с релятивистской скоростью.
Возможно, SS 433 — это двойная система, в которой сейчас происходит второй обмен массой, сопровождающийся образованием сверхкритического диска вокруг релятивистской звезды. При этом разрешается наблюдаемый парадокс: с одной стороны, несмещенные линии показывают существование звездного ветра, а величина потока массы скорее говорит о перетекании. Так и должно происходить при сверх-

Рис* 90* Двойная в режиме сверхкритической аккреции


критической аккреции. Вещество в виде «гравитационного ветра» перетекает от нормальной звезды на релятивистскую звезду, а затем практически полностью истекает в виде звездного ветра от релятивистского спутника.
Как долго может длиться такой процесс? Точно это пока не известно. Возможно, десятки тысяч лет, а может быть, и тысячи. Если учесть, что свет от SS 433 идет к нам примерно 10 000 лет, то вполне вероятно, что сейчас в системе SS 433 обмен массы уже кончился. Мы же видим то, что происходило 10 000 лет назад.
Сейчас нет полной уверенности в том, что именно происходит или происходило в системе звезды V1343 Орла. До сих пор непонятна причина, из-за которой направление струй «ходит» с периодом 164 дня. Существует много гипотез на этот счет. Возможно, это явление сродни 35-дневному
t
циклу Геркулеса Х-1. Если ось вращения нормальной звезды не совпадает с осью вращения двойной, нормальная звезда начнет процессировать из-за приливной силы со стороны релятивистской звезды. Вместе со звездой будут покачиваться и направление истечения струй вещества, и плоскость аккреционного диска.
Такой «следящий» диск в Геркулесе Х-1 периодически затмевает от нас рентгеновский пульсар, а в SS 433 меняет направление выброса струй. Эта очень привлекательная гипотеза сейчас широко распространена. Но автору кажется, что у нее есть большие недостатки и, возможно, здесь мы сталкиваемся совершенно с иным явлением.
Все эти проблемы остаются пока нерешенными. И все же с каждым годом растет уверенность в том, что SS 433 — первая массивная система, в которой мы встретились со вторым обменом массой, сопровождающимся образованием сверхкритического диска. Что происходит с двойной системой дальше? 
<< | >>
Источник: Ляпунов Владимир Михайлович. В мире двойных звезд. 2009

Еще по теме 6. Сверхкритическая аккреция:

  1. Понятие о качественных и количественных сдвигах на политической карте. 
  2. 6. ЗДРАВОМЫСЛИЕ МОЖНО РАЗВИВАТЬ И КОРРЕКТИРОВАТЬ
  3. 8.2.3 Пробоподготовка в анализе объектов окружающей среды
  4. Химическая эволюция в Космосе
  5. Терминология
  6. 3.Референтные методы испытания силы нервной системы
  7. Н. И. Николаева НЕКОТОРЫЕ ИТОГИ АНТИАМЕРИКАНСКОЙ КАМПАНИИ В СССР В КОНЦЕ 40 - НАЧАЛЕ 50-Х ГОДОВ
  8. М.В. Лапенко РОЛЬ ДЖЕЙМСА ФОРРЕСТОЛА В ФОРМИРОВАНИИ АНТИКОММУНИЗМА В США
  9. Сборник статей. НОВЕЙШАЯ ИСТОРИЯ 2001, 2001
  10. В.Г. Сироткин, Д.С. Алексеев СССР И СОЗДАНИЕ БРЕТТОН-ВУДСКОЙ СИСТЕМЫ 1941-1945 ГГ.: ПОЛИТИКА И ДИПЛОМАТИЯ
  11. Гладкий А. В.. Введение в современную логику. — М.: МЦНМО,2001. — 200 с., 2001
  12. Предисловие
  13. Введение
  14. Часть I. Простейшие законы и понятия логики