ÌÎÑÊÎÂÑÊÈÉ ÃÎÑÓÄÀÐÑÒÂÅÍÍÛÉ ÓÍÈÂÅÐÑÈÒÅÒ èìåíè Ì.Â. ËÎÌÎÍÎÑÎÂÀ ÔÈÇÈ×ÅÑÊÈÉ ÔÀÊÓËÜÒÅÒ ÊÀÔÅÄÐÀ ÀÑÒÐÎÔÈÇÈÊÈ È ÇÂÇÄÍÎÉ ÀÑÒÐÎÍÎ...
20 downloads
194 Views
1MB Size
Report
This content was uploaded by our users and we assume good faith they have the permission to share this book. If you own the copyright to this book and it is wrongfully on our website, we offer a simple DMCA procedure to remove your content from our site. Start by pressing the button below!
Report copyright / DMCA form
ÌÎÑÊÎÂÑÊÈÉ ÃÎÑÓÄÀÐÑÒÂÅÍÍÛÉ ÓÍÈÂÅÐÑÈÒÅÒ èìåíè Ì.Â. ËÎÌÎÍÎÑÎÂÀ ÔÈÇÈ×ÅÑÊÈÉ ÔÀÊÓËÜÒÅÒ ÊÀÔÅÄÐÀ ÀÑÒÐÎÔÈÇÈÊÈ È ÇÂÇÄÍÎÉ ÀÑÒÐÎÍÎÌÈÈ
Íà ïðàâàõ ðóêîïèñè ÓÄÊ 524.387
ÀÁÐÀÌÎÂÀ ÎÊÑÀÍÀ ÂÈÊÒÎÐÎÂÍÀ ÄÂÓÕÔÀÇÍÛÅ ÂÅÒÐÛ Â ÄÂÎÉÍÛÕ ÑÈÑÒÅÌÀÕ Ñïåöèàëüíîñòü 01.03.02 Àñòðîôèçèêà. Ðàäèîàñòðîíîìèÿ Äèññåðòàöèÿ íà ñîèñêàíèå ó÷¼íîé ñòåïåíè êàíäèäàòà ôèçèêîìàòåìàòè÷åñêèõ íàóê
Íàó÷íûé ðóêîâîäèòåëü äîêòîð ôèçèêîìàòåìàòè÷åñêèõ íàóê Ê.Â. Áû÷êîâ
ÌÎÑÊÂÀ 2004
Îãëàâëåíèå Ââåäåíèå 1 Îáùàÿ âåòðîâ
1 êàðòèíà
âçàèìîäåéñòâèÿ
äâóõêîìïîíåíòíûõ 16
2 Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû 31 2.1
Ðàñ÷¼ò âûñâå÷èâàíèÿ óäàðíîé âîëíû ñ ó÷¼òîì ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè è îáìåíîì ýíåðãèåé ìåæäó èîíàìè è ýëåêòðîíàìè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.1
32
Ñòàöèîíàðíûå óðàâíåíèÿ äâèæåíèÿ ïîëíîñòüþ èîíèçîâàííîãî âîäîðîäà ñ ó÷¼òîì ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè è îáìåíà ýíåðãèåé ìåæäó èîíàìè
2.1.2 2.2
è ýëåêòðîíàìè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35
Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ. . . . . . . . . . .
56
Âëèÿíèå ôîòîèîíèçàöèè íà èçëó÷åíèå óäàðíûõ âîëí â ðåçîíàíñíûõ ïåðåõîäàõ èîíîâ FeXXV è FeXXVI ïðè ñòîëêíîâåíèè áûñòðûõ îêîëîçâ¼çäíûõ ïîòîêîâ . . . . . . .
58
2.2.1
Ïîñòàíîâêà çàäà÷è . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
59
2.2.2
Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èîíèçóþùåãî èçëó÷åíèÿ . .
70
2.2.3
Èçëó÷åíèå â ðåçîíàíñíûõ ëèíèÿõ èîíîâ æåëåçà
72
2.2.4
Îáñóæäåíèå ðåçóëüòàòîâ è ïðèëîæåíèå ê îáúåêòó
. .
SS433 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå ii
75
78
Îãëàâëåíèå
3.1 3.2 3.3 3.4
iii
Íàáëþäåíèÿ
â
ðåíòãåíîâñêîì
äèàïàçîíå
è
ñòîëêíîâåíèå çâ¼çäíûõ âåòðîâ . . . . . . . . . . . . . . . .
78
Ìîäåëü ñòîëêíîâåíèÿ ðàçðåæåííûõ êîìïîíåíòîâ . . . . . .
83
3.2.1
83
Õàðàêòåðíûå âðåìåíà çàäà÷è è ñèëà Êîðèîëèñà . .
Ðåíòãåíîâñêàÿ
êðèâàÿ
áëåñêà
ïðè
ñòîëêíîâåíèè
ðàçðåæåííûõ êîìïîíåíòîâ . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
90
Ñòîëêíîâåíèÿ îáëàêîâ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
93
3.4.1
Êðèòåðèé âûñâå÷èâàíèÿ . . . . . . . . . . . . . . . .
93
3.4.2
Ïàðàìåòðû îáëàêîâ: ìàññà è ñâåòèìîñòü îäíîãî îáëàêà,
3.5
WR140
âåðîÿòíîñòü
ñòîëêíîâåíèÿ
è
÷àñòîòà
ñîóäàðåíèÿ îáëàêîâ . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
96
Êðèâàÿ áëåñêà â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå. . . . . . . . . .
99
4 Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140 102 4.1
4.2
Äàííûå íàáëþäåíèé è îñíîâíûå ïðåäñòàâëåíèÿ . . . . . . . 102 4.1.1
Ñîñòàâ ïûëèíîê èç äàííûõ íàáëþäåíèé . . . . . . . 106
4.1.2
Ôèçè÷åñêèå óñëîâèÿ â îáëàñòè îáðàçîâàíèÿ ïûëè
4.1.3
Ðàçìåð è òåìïåðàòóðà ïûëèíîê . . . . . . . . . . . . 110
4.1.4
Ñóùåñòâóþùèå ïðåäñòàâëåíèÿ îá îáðàçîâàíèè ïûëè 111
. 107
Îáúÿñíåíèå ôîðìèðîâàíèÿ ïûëè â ìîäåëè ñòîëêíîâåíèÿ îáëàêîâ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 4.2.1
Âåðõíÿÿ îöåíêà ìàññû ïûëè
. . . . . . . . . . . . . 117
4.2.2
Ñîñòîÿíèå èîíèçàöèè îáëàêîâ . . . . . . . . . . . . . 118
4.2.3
Ðåêîìáèíàöèÿ óãëåðîäà . . . . . . . . . . . . . . . . 122
4.2.4
Îáðàçîâàíèå ïûëè è å¼ âûæèâàíèå â ïîëå èçëó÷åíèÿ çâåçäû . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
4.2.5 4.3
Ñòàäèÿ íàãðåâà ïûëè
. . . . . . . . . . . . . . . . . 126
Äèñêóññèÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
Çàêëþ÷åíèå
128
Ñïèñîê ëèòåðàòóðû
130
Ââåäåíèå Îáùèå ñâåäåíèÿ îá îáúåêòàõ èññëåäîâàíèÿ  íàñòîÿùåé ðàáîòå íà ïðèìåðå êîíêðåòíîé WR+O äâîéíîé ñèñòåìû HD 193793 (WR140) ðàññìàòðèâàåòñÿ ïðîáëåìà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõôàçíûõ çâ¼çäíûõ âåòðîâ, à òàêæå íàáëþäàòåëüíûå ïðîÿâëåíèÿ ýòîãî âçàèìîäåéñòâèÿ. Çäåñü è äàëåå ìû íàçûâàåì äâóõôàçíûì (èëè êëî÷êîâàòûì) çâ¼çäíûé âåòåð, êîòîðûé ñîñòîèò èç ðàçðåæåííîé è ïëîòíîé ôàçû îáëàêîâ, òî åñòü âåòåð, â êîòîðîì ïðèñóòñòâóþò îäíîâðåìåííî è ïëîòíûå îáëàêà, è ðàçðåæåííàÿ ñðåäà.  íà÷àëå, ÷òîáû èìåòü ïðåäñòàâëåíèå î ðàññìàòðèâàåìûõ îáúåêòàõ, äàäèì êðàòêóþ õàðàêòåðèñòèêó çâ¼çäàì WR è WR+O äâîéíûì ñèñòåìàì. Çâ¼çäû Âîëüôà-Ðàéå (WR) [1], áûëè îòêðûòû ôðàíöóçñêèìè ó÷¼íûìè Ø. Âîëüôîì è Æ. Ðàéå â 1867 ãîäó. Ýòî ãîðÿ÷èå çâ¼çäû î÷åíü âûñîêîé ñâåòèìîñòè, äëÿ êîòîðûõ õàðàêòåðíû ÿðêèå è øèðîêèå ñïåêòðàëüíûå ëèíèè âîäîðîäà, íåéòðàëüíîãî è èîíèçîâàííîãî ãåëèÿ, àçîòà, óãëåðîäà è êèñëîðîäà â ðàçíûõ ñòàäèÿõ èîíèçàöèè.  ñïåêòðàõ ýòèõ çâ¼çä îäíîâðåìåííî ïðèñóòñòâóþò ìîùíûé ñðàâíèòåëüíî íèçêîòåìïåðàòóðíûé íåïðåðûâíûé ñïåêòð è ëèíèè àòîìîâ è èîíîâ ñ âûñîêèìè (äî 100 ýÂ) ïîòåíöèàëàìè èîíèçàöèè. Ýòè îñîáåííîñòè ñïåêòðîâ çâ¼çä Âîëüôà-Ðàéå ñâÿçàíû ñ íàëè÷èåì ãîðÿ÷åãî ÿäðà è ïðîòÿæ¼ííûõ àòìîñôåð, êîòîðûå ðàñøèðÿþòñÿ ñî ñêîðîñòÿìè ïîðÿäêà 1000 êì/ñ. Çâ¼çäû òèïà Âîëüôà-Ðàéå îáðàçóþò äâå ïîñëåäîâàòåëüíîñòè [2]: àçîòíóþ WN, â êîòîðîé ñèëüíû ëèíèè àçîòà, è óãëåðîäíóþ WC, â êîòîðîé ïðåîáëàäàþò ëèíèè óãëåðîäà è êèñëîðîäà. Ó çâ¼çä îáåèõ ïîñëåäîâàòåëüíîñòåé ïðèñóòñòâóþò â ñïåêòðàõ ëèíèè âîäîðîäà è ãåëèÿ, 1
Ââåäåíèå
2
íî ëèíèè âîäîðîäà ñëàáû è åãî ìàëî. Îòíîøåíèå ÷èñëà WC çâ¼çä ê ïîëíîìó ÷èñëó çâ¼çä WR â Ãàëàêòèêå â ñðåäíåì ðàâíî 50%, ïðè÷¼ì ê öåíòðó Ãàëàêòèêè WC çâ¼çä áîëüøå 50%, à íà ïåðèôåðèè ìåíüøå [3]. Çàìåòíîå êîëè÷åñòâî çâ¼çä ÂîëüôàÐàéå âõîäèò â ñîñòàâ äâîéíûõ ñèñòåì, OBêîìïîíåíòû íàáëþäàþòñÿ ïðèáëèçèòåëüíî ó 43% çâ¼çä WR [4]. Òîò ôàêò, ÷òî ïðîñòðàíñòâåííîå ðàñïðåäåëåíèå WR çâ¼çä ïîõîæå íà ðàñïðåäåëåíèå ìàññèâíûõ Î-çâ¼çä ñ ìàññàìè, áîëüøèìè 40M¯ [5], à òàêæå òî, ÷òî îíè ñèëüíî êîíöåíòðèðóþòñÿ ê ïëîñêîñòè ãàëàêòèêè è ïîêàçûâàþò ñâÿçü ñ ðàññåÿííûìè ñêîïëåíèÿìè, îáëàñòÿìè H II è OB àññîöèàöèÿìè [6], ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî WR çâ¼çäû ÿâëÿþòñÿ ìîëîäûìè îáúåêòàìè.  íàñòîÿùåå âðåìÿ ñ÷èòàåòñÿ, ÷òî WR çâ¼çäû ýòî êîíå÷íàÿ ñòàäèÿ ýâîëþöèè ìàññèâíûõ Î-çâ¼çä [7].  çâ¼çäû ÂîëüôàÐàéå íà ñòàäèè ãîðåíèÿ ãåëèÿ ïðåâðàùàþòñÿ ìàññèâíûå çâ¼çäû, êîòîðûå ïîòåðÿëè âîäîðîäíóþ îáîëî÷êó â õîäå ïðåäøåñòâîâàâøåé ýâîëþöèè. Ñîãëàñíî [8], çâ¼çäàìè WR ñòàíîâÿòñÿ ëèáî êîìïîíåíòû òåñíûõ äâîéíûõ ñèñòåì ñ èñõîäíûìè ìàññàìè, ïðåâûøàþùèìè 20M¯ (â òàêèõ ñèñòåìàõ ê ïîòåðå âîäîðîäíîé îáîëî÷êè ïðèâîäèò îáìåí âåùåñòâîì ìåæäó êîìïîíåíòàìè), ëèáî îäèíî÷íûå çâ¼çäû èëè êîìïîíåíòû øèðîêèõ ïàð ñ ìàññàìè, áîëüøèìè 4050 M¯ , äëÿ êîòîðûõ õàðàêòåðåí èíòåíñèâíûé çâ¼çäíûé âåòåð. Òåñíûå äâîéíûå çâ¼çäû ïîðîæäàþò ïîðÿäêà 70% âñåõ çâ¼çä WR, à îäèíî÷íûå çâ¼çäû è øèðîêèå ïàðû ïîðÿäêà 30%.
Ïàðàìåòðû îäèíî÷íûõ çâ¼çä Âîëüôà-Ðàéå Ýôôåêòèâíûå òåìïåðàòóðû (Tef f ) è ñâåòèìîñòè (L). Âîïðîñ î òåìïåðàòóðàõ çâ¼çä Âîëüôà-Ðàéå äîñòàòî÷íî âàæåí, òàê êàê çíàíèå ýôôåêòèâíîé òåìïåðàòóðû è ñâåòèìîñòè çâåçäû îïðåäåëÿåò å¼ ïîëîæåíèå íà äèàãðàììå Ãåðöøïðóíãà-Ðåññåëà, ÷òî ÿâëÿåòñÿ õîðîøåé ïðåäïîñûëêîé äëÿ ïðîâåðêè ðàçëè÷íûõ ýâîëþöèîííûõ ñöåíàðèåâ, è, íåñîìíåííî, ñëîæåí: ê ðàññìàòðèâàåìûì íàìè îáúåêòàì íå ïðèìåíèìû ïðîñòûå, ðàçðàáîòàííûå äëÿ íîðìàëüíûõ çâ¼çä è òóìàííîñòåé ìåòîäû
Ââåäåíèå
3
àíàëèçà. Èìåííî ïîýòîìó â ëèòåðàòóðå äî ñèõ ïîð ìîæíî âñòðåòèòü äëÿ îäíîé è òîé æå çâåçäû ñèëüíî ðàçëè÷àþùèåñÿ çíà÷åíèÿ òåìïåðàòóðû, õîòÿ ðàñïðåäåëåíèå ýíåðãèè â íåïðåðûâíîì ñïåêòðå äëÿ ìíîãèõ WR çâ¼çä õîðîøî èçâåñòíî â øèðîêîì äèàïàçîíå äëèí âîëí. Àíàëèç ïîñëåäíèõ òåîðåòè÷åñêèõ ðàáîò [7] ïîêàçûâàåò, ÷òî òèïè÷íûå ýôôåêòèâíûå òåìïåðàòóðû WN çâ¼çä ëåæàò â äèàïàçîíå 30 00090 000 Ê, à lg(L/L¯ ) â äèàïàçîíå 5,55,9. Äëÿ WC çâ¼çä äèàïàçîí Tef f ñîñòàâëÿåò 50 000100 000 Ê, ñâåòèìîñòåé 4,75,6. Ó÷¼ò êëî÷êîâàòîñòè çâ¼çäíîãî âåòðà (ñì., íàïðèìåð, [9]) íå îêàçûâàåò çàìåòíîãî âëèÿíèÿ íà ïîëó÷àþùèåñÿ çíà÷åíèÿ Tef f è L/L¯ .
Ìàññû (M ). Ñîãëàñíî [10], îöåíêè ìàññ WR çâ¼çä ïî äâîéíûì çâ¼çäàì äàþò çíà÷åíèÿ îò 5 äî 48 M¯ . Ñðåäíåå çíà÷åíèå ñîñòàâëÿåò 15,618,4 M¯ . Õîðîøî ñîãëàñóåòñÿ ñ ñîâðåìåííûìè ýâîëþöèîííûìè ñöåíàðèÿìè äëÿ WR çâ¼çä òîò ôàêò, ÷òî ìàññû WC çâ¼çä â ñðåäíåì ìåíüøå, ÷åì ìàññû WN çâ¼çä. Òàê, ìàññû WN çâ¼çä ëåæàò â äèàïàçîíå îò 8 äî 48 M¯ , äèàïàçîí èõ ñðåäíèõ çíà÷åíèé 17,522,5 M¯ . Ìàññû WC çâ¼çä ëåæàò â äèàïàçîíå îò 5 äî 27 M¯ , è ñðåäíåå çíà÷åíèå äëÿ íèõ ñîñòàâëÿåò 13,4 M¯ .
Òåìï ïîòåðè ìàññû (M˙ ). Èç Âîëüôà-Ðàéå çâ¼çä ïðîèñõîäèò ìîùíîå èñòå÷åíèå âåùåñòâà. Îöåíêè ñêîðîñòè ïîòåðè ìàññû çàâèñÿò îò ìîäåëè è õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà ðàñøèðÿþùåéñÿ îáîëî÷êè çâåçäû [11]. Øèðèíû ýìèññèîííûõ ëèíèé ñîîòâåòñòâóþò ñêîðîñòÿì ïîðÿäêà 10002000 êì/ñ, ÷òî â ðàìêàõ ìîäåëè îäíîðîäíîãî çâ¼çäíîãî âåòðà ñîñòàâëÿåò
10−6 − 10−4 M¯ /ãîä. Îäíàêî, ñ íåêîòîðûõ ïîð ïîÿâëÿåòñÿ âñ¼ áîëüøå ïîäòâåðæäåíèé òîìó, ÷òî ðåàëüíûå òåìïû ïîòåðè ìàññ çâ¼çäàìè Âîëüôà-Ðàéå îòëè÷àþòñÿ â íåñêîëüêî ðàç îò îïðåäåë¼ííûõ ðàíåå (ñì., íàïðèìåð, [12, 13]). Ìîôôàò è Ðîáåðò [14] óêàçàëè â êà÷åñòâå ïðè÷èíû ýòîãî ðàñõîæäåíèÿ îáëà÷íóþ ñòðóêòóðó âåòðà è îòìåòèëè, ÷òî êëî÷êîâàòîñòü ìîæåò èãðàòü âàæíóþ ðîëü âî âñåõ ãîðÿ÷èõ çâ¼çäàõ ñ âåòðàìè. Ïåðâàÿ ïîïûòêà ó÷åñòü êëî÷êîâàòîñòü çâ¼çäíîãî âåòðà ïðè îïðåäåëåíèè òåìïîâ ïîòåðè ìàññ áûëà ñîâåðøåíà â 1998 ãîäó [15].  íàñòîÿùåå âðåìÿ ñîãëàñíî [16] ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî îïðåäåë¼ííûå
Ââåäåíèå
4
â ðàìêàõ ìîäåëè äâóõôàçíîãî çâ¼çäíîãî âåòðà òåìïû ïîòåðè ìàññû çâ¼çäàìè Âîëüôà-Ðàéå ðàçëè÷íûõ ïîäòèïîâ ëåæàò â äèàïàçîíå2 · 10−6 −
10−4 M¯ /ãîä, à óñòàíîâèâøèåñÿ ñêîðîñòè çâ¼çäíûõ âåòðîâ ñîñòàâëÿþò îò 700 äî 6000 êì/ñ. Õèìè÷åñêèé ñîñòàâ àòìîñôåð çâ¼çä Âîëüôà-Ðàéå. Òîò ôàêò, ÷òî â îòòåêàþùèõ àòìîñôåðàõ çâ¼çä òèïà Âîëüôà-Ðàéå ãåëèÿ (ïî ÷èñëó ÷àñòèö) áîëüøå, ÷åì âîäîðîäà, âïåðâûå áûë îòìå÷åí Àìáàðöóìÿíîì â 1933 ãîäó. Ïåðâûå îïðåäåëåíèÿ ÷èñëà ÿäåð àòîìîâ, ñäåëàííûå Àìáàðöóìÿíîì â 1933 ã. è Ñîáîëåâûì â 1952 ã. äàëè îòíîøåíèå H/He∼
0, 4 − 0, 55 [17]. Ïîçäíåå [18, 19] ñòàëè ñ÷èòàòü, ÷òî äëÿ WCçâ¼çä âñåõ òèïîâ îíî ìåíüøå 0,1, à äëÿ WNçâ¼çä ýòî îòíîøåíèå â ñðåäíåì ëåæèò â èíòåðâàëå 0,14.  äàëüíåéøèõ ðàáîòàõ íåîïðåäåë¼ííîñòü ñîõðàíÿëàñü è Õèëèåð, îòìå÷àÿ, ÷òî ïåðåíàëîæåíèå ëèíèé â WC-çâ¼çäàõ äåëàåò äîñòîâåðíîå îïðåäåëåíèå ñîäåðæàíèÿ âîäîðîäà âåñüìà çàòðóäíèòåëüíûì, ñîâåòóåò ñ÷èòàòü, ÷òî WC-çâ¼çäû ñîâñåì ëèøåíû âîäîðîäà [20]. Îïðåäåëåíèå õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà îòòåêàþùèõ îáîëî÷åê 30 WR çâ¼çä ñ ó÷¼òîì èõ êëî÷êîâàòîñòè [21] ïîêàçàëî, ÷òî äëÿ WN çâ¼çä îòíîøåíèå H/He ïî ÷èñëó ÷àñòèö íèæå ñðåäíåãî êîñìè÷åñêîãî, à â WC çâ¼çäàõ âîäîðîä ïðàêòè÷åñêè îòñóòñòâóåò. Äëÿ WN çâ¼çä îòíîøåíèå N/He≈
0, 002 − 0, 006, C/N≈ 0, 05 ïî ÷èñëó ÷àñòèö, à äëÿ WC çâ¼çä C/He≈ 0, 1 − 0, 5 ïî ÷èñëó ÷àñòèö è âîçðàñòàåò ïðè ïåðåõîäå îò ïîçäíèõ ê ðàííèì ïîäòèïàì. Âñå ðåçóëüòàòû õîðîøî ñîãëàñóþòñÿ ñ àíàëîãè÷íûìè, ïîëó÷åííûìè â ðàìêàõ ìîäåëè îäíîðîäíûõ àòìîñôåð.
Íåêîòîðûå ïàðàìåòðû WR+O äâîéíûõ ñèñòåì Îòíîøåíèå ìàññ êîìïîíåíòîâ q ≡
MW R MO
ëåæèò â èíòåðâàëå
0, 17 − 2, 67. Äëÿ WC çâ¼çä q ∼ 0, 2 − 0, 5, à äëÿ WN 0, 2 − 2, 67. Ìàññà WR çâåçäû óìåíüøàåòñÿ ñ óìåíüøåíèåì q , äëÿ Oêîìïîíåíòîâ äâîéíûõ ñèñòåì òàêàÿ çàâèñèìîñòü íå íàáëþäàåòñÿ [10]. Âåëè÷èíà q ÿâëÿåòñÿ ìîíîòîííîé ôóíêöèåé ïîäòèïîâ WR çâ¼çä, ðåçêî óìåíüøàÿñü îò ïîçäíèõ êëàññîâ ê ðàííèì äëÿ êàæäîé èç ïîñëåäîâàòåëüíîñòåé WC è WN [22].
Ââåäåíèå
5
Ìàññû O-êîìïîíåíòîâ â WR+O äâîéíûõ ñèñòåìàõ ëåæàò â äèàïàçîíå îò 14 äî 57 M¯ , èõ ñðåäíåå çíà÷åíèå ðàâíî 32,8 M¯ . Ñðåäíèå ìàññû Oçâ¼çä â WN+O ñèñòåìàõ ðàâíû 31,2 M¯ , à â WC+O ñèñòåìàõ 32,4 M¯ [10].
Ïîëíàÿ ìàññà M WR+O ñèñòåì ñîäåðæèòñÿ â äèàïàçîíå îò 19 äî 106 M¯ , à å¼ ñðåäíåå çíà÷åíèå ëåæèò â äèàïàçîíå 48,551,1 M¯ . Ñðåäíÿÿ âåëè÷èíà ïîëíîé ìàññû WN+O ñèñòåì 50 − 54, 7 M¯ , WC+O ñèñòåì
44, 6 M¯ . M ðàñò¼ò âìåñòå ñ q [10].
Ýêñöåíòðèñèòåòû îðáèò WR+O äâîéíûõ ñèñòåì ñ ïåðèîäàìè ≥70 äíåé â ñðåäíåì ñîñòàâëÿþò 0,30,8. Âñå ñèñòåìû ñ ïåðèîäàìè ≤14 äíåé èìåþò êðóãîâûå îðáèòû, à îðáèòû ñèñòåì ñ ïåðèîäàìè, ëåæàùèìè â èíòåðâàëå îò 14 äî 70 äíåé ÿâëÿþòñÿ ëèáî êðóãîâûìè, ëèáî ýêñöåíòðè÷íûìè ñ e = 0, 17 − 0, 5 [10].
WR140 èíôîðìàöèÿ î ñèñòåìå  íàñòîÿùåå âðåìÿ WR+O çâ¼çäíàÿ ñèñòåìà HD 193793 (WR140) ÿâëÿåòñÿ îäíîé èç íàèáîëåå èçó÷åííûõ ñèñòåì òàêîãî òèïà [23]. Äâîéíàÿ WC7+O4-5 èìååò âèäèìóþ çâ¼çäíóþ âåëè÷èíó 7.07m è ðàñïîëîæåíà â ñîçâåçäèè Ëåáåäÿ. Ýòî îäèí èç ÿð÷àéøèõ íåòåïëîâûõ ðàäèîèñòî÷íèêîâ ñðåäè çâåçä WR. Íàáëþäåíèÿ ñèñòåìû ïðîâîäèëèñü ïðàêòè÷åñêè âî âñåõ äèàïàçîíàõ ýëåêòðîìàãíèòíîãî ñïåêòðà ÓÔ, ðåíòãåíîâñêîì, ðàäèî,
γ , èíôðàêðàñíîì. Ïîâûøåííûé èíòåðåñ ê íåé âîçíèê âñêîðå ïîñëå òîãî, êàê â ñåðåäèíå 70-õ ãîäîâ íàáëþäàëèñü ïåêóëÿðíûå ðàäèî [24] è èíôðàêðàñíàÿ [25], [26] âñïûøêè. Áîëüøîé îáú¼ì íàáëþäàòåëüíûõ äàííûõ ïîçâîëèë ñ äîñòàòî÷íîé òî÷íîñòüþ îïðåäåëèòü ïàðàìåòðû îðáèòû ýòîé ñèñòåìû, ïîýòîìó HD193793 ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé èäåàëüíûé îáúåêò äëÿ ïðîâåðêè ðàçëè÷íûõ òåîðèé ôîðìèðîâàíèÿ èçëó÷åíèÿ â äâîéíûõ ñèñòåìàõ ñ êîìïîíåíòàìè WR è O. Ñèëüíàÿ âûòÿíóòîñòü è áîëüøèå ðàçìåðû äâîéíîé ñèñòåìû HD193793 ïîçâîëèëè ÿñíî óâèäåòü âîçìîæíóþ ðîëü ñòîëêíîâåíèé îáëàêîâ â ãåíåðàöèè å¼ ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ. Áîëüøîå ðàññòîÿíèå ìåæäó
Ââåäåíèå
6
êîìïîíåíòàìè â êîíå÷íîì èòîãå îáóñëàâëèâàåò íàñòîëüêî ìàëóþ âåëè÷èíó ïëîòíîñòè ãàçà îáîèõ âåòðîâ â îáëàñòè ñòîëêíîâåíèÿ, ÷òî ïîãëîùåíèå è âûñâå÷èâàíèå îêàçûâàþòñÿ çíà÷èòåëüíî îñëàáëåííûìè. Êðîìå
òîãî,
äàâëåíèå
èçëó÷åíèÿ
îò
Îçâåçäû
íå
îêàçûâàåò
ñóùåñòâåííîãî âëèÿíèÿ íà äèíàìèêó, è îáà âåòðà ïðè ñòîëêíîâåíèè áóäóò èìåòü óñòàíîâèâøèåñÿ ñêîðîñòè [27] (â òåñíûõ ñèñòåìàõ èãðàåò ðîëü òðóäíî ó÷èòûâàåìîå óñêîðåíèå âåòðà). Ñîâîêóïíîñòü ýòèõ îáñòîÿòåëüñòâ ïîçâîëÿåò ñóùåñòâåííî êîíêðåòèçèðîâàòü ðàñ÷¼òû è ïðîâåñòè äåòàëüíîå ñðàâíåíèå òåîðèè ñ íàáëþäåíèÿìè êðèâîé áëåñêà â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå, âûïîëíåííûìè ñî ñïóòíèêîâ GINGA [28] è ASCA [29].
Ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå çâ¼çä Âîëüôà-Ðàéå  äâîéíûõ ñèñòåìàõ åñòü äîïîëíèòåëüíûé ñïîñîá èññëåäîâàíèÿ çâ¼çäíîãî âåòðà, à èìåííî, ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå îò ñòàëêèâàþùèõñÿ âåòðîâ [30].  1967 ã. ×åðåïàùóêîì áûëî ïîêàçàíî [31], ÷òî ïðè ñòîëêíîâåíèè çâ¼çäíîãî âåòðà çâåçäû WR ñî ñïóòíèêîì OB â WR+OB äâîéíûõ
ñèñòåìàõ
ìîæåò
âîçíèêàòü
çíà÷èòåëüíîå
ðåíòãåíîâñêîå
èçëó÷åíèå, êîòîðîå ôîðìèðóåòñÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû. Ïîçäíåå Ïðèëóöêèé è Óñîâ [32] ðàçâèëè ýòó òåîðèþ, à ×åðåïàùóê óêàçàë íà âîçìîæíîñòü îáíàðóæåíèÿ äâîéíûõ ñðåäè çâ¼çä Âîëüôà-Ðàéå ïî èõ ðåíòãåíîâñêîìó èçëó÷åíèþ [33]. Îäíèì èç îñíîâíûõ êðèòåðèåâ äëÿ
îïðåäåëåíèÿ
äâîéñòâåííîñòè
ñèñòåìû
ÿâëÿåòñÿ
óâåëè÷åíèå
ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ (ïî ñðàâíåíèþ ñ ðåíòãåíîâñêèì èçëó÷åíèåì îäèíî÷íûõ çâåçä WR è OB), êîòîðîå îáóñëîâëåíî èçëó÷åíèåì íà ôðîíòå óäàðíîé âîëíû, îáðàçóþùåéñÿ ïðè ñòîëêíîâåíèè ñâåðõçâóêîâîãî ïîòîêà îò çâåçäû WR ñ âåòðîì OB-çâåçäû âáëèçè å¼ ïîâåðõíîñòè [34]. Ðåçóëüòàòû àíàëèçà ðåíòãåíîâñêèõ íàáëþäåíèé 48 çâ¼çä ÂîëüôàÐàéå â äèàïàçîíå 0,24 êýÂ, ñäåëàííûõ ñ áîðòà îáñåðâàòîðèè EINSTEIN ïîêàçàëè [35], ÷òî ðåíòãåíîâñêàÿ ñâåòèìîñòü çâ¼çä ÂîëüôàÐàéå ëåæèò â äèàïàçîíå LX ≈ 1031 − 1034 ýðã/ñ, ïðè÷¼ì ñðåäíÿÿ ñâåòèìîñòü îäèíî÷íûõ çâ¼çä ñîñòàâëÿåò ∼ 5 · 1031 ýðã/ñ, à äâîéíûõ
Ââåäåíèå
7
îò ∼ 1032 äî ∼ 3, 5 · 1033 ýðã/ñ. Òàêèì îáðàçîì, íàáëþäàåìûå ðåíòãåíîâñêèå
ñâåòèìîñòè
WR+O
äâîéíûõ
ñèñòåì
ñîñòîÿò
èç
ñîáñòâåííîé ðåíòãåíîâñêîé ñâåòèìîñòè çâåçäû WR ∼ 5·1031 , ñîáñòâåííîé ðåíòãåíîâñêîé ñâåòèìîñòè OB-çâåçäû ≈ 2 · 1032 − 5 · 1032 è ðåíòãåíîâñêîé ñâåòèìîñòè óäàðíîé âîëíû, êîòîðàÿ îáû÷íî ïðåâûøàåò ñâåòèìîñòü êàæäîãî èç êîìïîíåíòîâ ñèñòåìû [36].  íàñòîÿùåå âðåìÿ òåîðèÿ ðàçðåæåííîé ôàçû çâ¼çäíîãî âåòðà ðàçðàáîòàíà äîñòàòî÷íî ïîëíî è â öåëîì ñîãëàñóåòñÿ ñ íàáëþäåíèÿìè. Òåì íå ìåíåå, ðåíòãåíîâñêàÿ ñâåòèìîñòü WR+O äâîéíûõ ñèñòåì îêàçûâàåòñÿ ÷óâñòâèòåëüíîé ê ïðèíèìàåìîìó çíà÷åíèþ òåìïà ïîòåðè ìàññû, è, â çàâèñèìîñòè îò ïåðèîäà ñèñòåìû (P>20d , P<20d ), ïîëó÷àåòñÿ ëèáî áîëüøå, ëèáî ìåíüøå íàáëþäàåìîé âåëè÷èíû [36]. Íà ïðèìåðå äåâÿòè äâîéíûõ ñèñòåì Áû÷êîâûì è ×åðåïàùóêîì [37] ïîêàçàíî, ÷òî òåîðåòè÷åñêàÿ ñâåòèìîñòü ñóùåñòâåííî ïðåâûøàåò íàáëþäàåìóþ ñ îáñåðâàòîðèè Ýéíøòåéí. Ýòè ðàçëè÷èÿ è ÿâëÿþòñÿ õîðîøåé ïðåäïîñûëêîé äëÿ ðàçâèòèÿ îáëà÷íîé ìîäåëè, êîòîðóþ ïðåäûäóùèå àâòîðû íå ïðèíèìàëè ê ðàññìîòðåíèþ. Ðåíòãåíîâñêàÿ
ñâåòèìîñòü
ñèñòåìû
WR140
ÿð÷àéøåãî
ðåíòãåíîâñêîãî èñòî÷íèêà â äèàïàçîíå îò 2 äî 6 êý ñëàáî ïåðåìåííà (íå áîëåå 20%30%) íà ïðîòÿæåíèè âñåãî îðáèòàëüíîãî ïåðèîäà. Îá ýòîì ïèøóò ïðàêòè÷åñêè âñå íàáëþäàòåëè (ñì., íàïðèìåð, [28, 29, 38, 39, 40]).  [28] îòìå÷àëîñü, ÷òî ïðîèíòåðïðåòèðîâàòü ýòîò íàáëþäàòåëüíûé ðåçóëüòàò
â
ðàìêàõ
ñòîëêíîâåíèÿ
âåòðîâ
ñ
âûñâå÷èâàíèåì
ïðåäñòàâëÿåòñÿ âåñüìà çàòðóäíèòåëüíûì èç-çà ñèëüíîé âûòÿíóòîñòè îðáèòû ñèñòåìû (e = 0, 84), ÷òî è ïîäòâåðäèëè ðàñ÷¼òû, ïðîâåä¼ííûå â ðàìêàõ ìîäåëè ñòîëêíîâåíèÿ ðàçðåæåííûõ êîìïîíåíòîâ [41, 42, 43, 44].
Âåòðà îò ãîðÿ÷èõ çâ¼çä  ïîñëåäíåå äåñÿòèëåòèå ïðîáëåìà âåòðîâ îò ãîðÿ÷èõ çâ¼çä ïðèîáðåëà íîâûé àñïåêò: ïîÿâèëèñü âåñîìûå ñâèäåòåëüñòâà â ïîëüçó íàëè÷èÿ â í¼ì îáëàêîâ ïëîòíûõ êîìïàêòíûõ îáðàçîâàíèé, äâèæóùèõñÿ
Ââåäåíèå
8
âìåñòå ñ îáû÷íî ðàññìàòðèâàåìûì ðàçðåæåííûì ãàçîì. Òî, ÷òî çâ¼çäíûé
âåòåð
ìîæåò
èìåòü
ïðîñòðàíñòâåííûå
íåîäíîðîäíîñòè,
ïðèíöèïèàëüíûõ âîçðàæåíèé â ëèòåðàòóðå íå âûçûâàëî è ðàíüøå, íî ïðè îòñóòñòâèè ïðÿìûõ íàáëþäàòåëüíûõ ïîäòâåðæäåíèé ðàíüøå íå áûëî è ïîäðîáíîé äèñêóññèè. Äåéñòâèòåëüíî, ïðÿìûå íàáëþäåíèÿ ñ
îäíîçíà÷íîé
èíòåðïðåòàöèåé
çäåñü,
ïîâèäèìîìó,
ïðàêòè÷åñêè
íåîñóùåñòâèìû. Ïîýòîìó â ïðîáëåìå îáëàêîâ èìåëî ìåñòî ïîñòåïåííîå íàêîïëåíèå êîñâåííîé èíôîðìàöèè. Íåêîòîðîå âðåìÿ íàçàä ñáîð êîñâåííûõ ôàêòîâ äîñòèã óæå òîé ñòàäèè, êîãäà ñòàëî àêòóàëüíûì êà÷åñòâåííî ñôîðìóëèðîâàòü â îáùåì âèäå ìîäåëü âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõôàçíûõ âåòðîâ è ïîïûòàòüñÿ ñ å¼ ïîçèöèé îáúÿñíèòü èìåþùèåñÿ íàáëþäåíèÿ è ïðåäñêàçàòü íîâûå.  1967 ã. ×åðåïàùóê [31] äëÿ îáúÿñíåíèÿ èçáûòî÷íîãî ñâå÷åíèÿ â ëèíèè HeII çâåçäû V444 Cyg ïðåäëîæèë èäåþ î äîïîëíèòåëüíîì ÓÔ èçëó÷åíèè â òåñíûõ äâîéíûõ ñèñòåìàõ, îáóñëîâëåííîì äèññèïàöèåé ïðè ñâåðõçâóêîâîì îáòåêàíèè Îêîìïîíåíòà ãàçîâûì ïîòîêîì îò çâåçäû WR. Ïðåäñòàâëåíèå î âçàèìîäåéñòâèè çâ¼çäíîãî âåòðà ñ îêðóæàþùåé ñðåäîé áûëî ââåäåíî â 1968 ã. Ïèêåëüíåðîì [45] íà îñíîâàíèè èçìåðåíèÿ Ùåãëîâûì [46] äîïïëåðîâñêèõ ñêîðîñòåé òóìàííîñòåé âîêðóã ãîðÿ÷èõ çâ¼çä. Ïðèëóöêèé è Óñîâ [32] ïîêàçàëè, ÷òî äâîéíûå ñèñòåìû WR+O ìîãóò áûòü èñòî÷íèêàìè çàìåòíîãî ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ. Äàëåå òåîðèÿ îäíîðîäíûõ ïîòîêîâ íåîäíîêðàòíî ðàññìàòðèâàëàñü â ëèòåðàòóðå ñ ó÷¼òîì ìíîãèõ ôèçè÷åñêèõ ïðîöåññîâ, òàêèõ êàê ïîñòåïåííûé ðàçãîí âåòðà, ðàäèàöèîííîå äàâëåíèå [47], ýëåêòðîííàÿ òåïëîïðîâîäíîñòü [48], âûñâå÷èâàíèå â íåïðåðûâíîì ñïåêòðå è â ëèíèÿõ ðåçîíàíñíûõ ïåðåõîäîâ íàèáîëåå îáèëüíûõ õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ [49, 50], ïîãëîùåíèå ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ õîëîäíûì ãàçîì âåòðà [35, 43], íåóñòîé÷èâîñòü òå÷åíèÿ [51]. Ðàñ÷¼òû ïðîâîäèëèñü êàê ÷èñëåííûìè 2D [52, 53] è 3D [54] ìåòîäàìè, òàê è àíàëèòè÷åñêèì ïóò¼ì â ðàìêàõ ïðèáëèæåíèÿ ×¼ðíîãî äëÿ ñòàöèîíàðíûõ äâóìåðíûõ çàäà÷ [55, 56]. Ïðåäñòàâëåíèå îá îáëà÷íîé ñòðóêòóðå âåòðà, êàê ãîâîðèëîñü âûøå, íàõîäèòñÿ ïîêà â ñòàäèè ïåðâîíà÷àëüíîãî íàêîïëåíèÿ ìàòåðèàëà,
Ââåäåíèå
9
ïåðâûõ, ñàìûõ îáùèõ êà÷åñòâåííûõ ìîäåëåé è ñðàâíèòåëüíî ãðóáûõ òåîðåòè÷åñêèõ îöåíîê. Áû÷êîâûì [57] â 1979 ã. äëÿ îáúÿñíåíèÿ òîíêîâîëîêíèñòîé ñòðóêòóðû îñòàòêîâ ñâåðõíîâûõ áûëà ïðåäëîæåíà ìîäåëü äâóõêîìïîíåíòíîãî âåòðà îò ïðåäñâåðõíîâîé ñ ïàðàìåòðàìè çâåçäû òèïà ÂîëüôàÐàéå. ×åðåïàùóê [36] â 1990 ã. ïðèìåíèë ýòó èäåþ äëÿ îáúÿñíåíèÿ óìåíüøåíèÿ òåîðåòè÷åñêîé ñâåòèìîñòè âåòðà äëÿ ñëó÷àÿ òåñíûõ äâîéíûõ ñèñòåì ñ êîìïîíåíòàìè OB è WR. Äðóãîå ñâèäåòåëüñòâî â ïîëüçó ïðèñóòñòâèÿ îáëàêîâ ñëåäóåò èç ñîïîñòàâëåíèÿ òåìïà ïîòåðè ìàññû êîìïîíåíòîì WN5 äâîéíîé ñèñòåìû V444, îïðåäåë¼ííîãî äâóìÿ íåçàâèñèìûìè ìåòîäàìè: íàáëþäåíèÿ â ðàäèîäèàïàçîíå äàþò âåëè÷èíó, íà ïîðÿäîê áîëüøóþ, ÷åì îïòè÷åñêèå [38]. Îáëà÷íàÿ ñòðóêòóðà âåòðà çâåçäû WR îáúÿñíÿåò òàêæå èõ áûñòðóþ ñïåêòðàëüíóþ è ôîòîìåòðè÷åñêóþ ïåðåìåííîñòü [58, 59, 60].  îäíîì îáúåêòå, ïðèíàäëåæàùåì ê êëàññó òåñíûõ äâîéíûõ ñèñòåì, SS433 îáëàêà îáíàðóæåíû ïî ïèêàì ýìèññèîííûõ ëèíèé âîäîðîäà. Îíè âûëåòàþò èç îáëàñòè, íåïîñðåäñòâåííî îêðóæàþùåé ðåëÿòèâèñòñêèé îáúåêò íåéòðîííóþ çâåçäó èëè ÷¼ðíóþ äûðó, â äàëüíåéøåì âçàèìîäåéñòâóþò ñ àêêðåöèîííûì äèñêîì è ìîãóò áûòü îòâåòñòâåííû çà ÷àñòü ðåíòãåíîâñêîãî è ðàäèîèçëó÷åíèÿ ñèñòåìû. Ïðîöåññû âçàèìîäåéñòâèÿ îáëàêîâ ñ ðàçðåæåííîé ñðåäîé â SS433 ïðîÿâëÿþòñÿ íàèáîëåå âûïóêëî è åãî èíòåðïðåòàöèÿ ìîæåò ñëóæèòü îòïðàâíîé òî÷êîé äëÿ ïðèëîæåíèÿ ìîäåëè ê äðóãèì äâîéíûì ñèñòåìàì. Ñòîëêíîâåíèå âåòðîâ, êàê èçâåñòíî, ñîïðîâîæäàåòñÿ ãåíåðàöèåé óäàðíûõ âîëí, ñ êîòîðûìè ñâÿçàíû ñëîæíûå ôèçè÷åñêèå ïðîöåññû. Îñîáåííî óñëîæíÿåòñÿ ïðîáëåìà â ñëó÷àå îáëà÷íîé ñòðóêòóðû, êîãäà âåëèêî ÷èñëî óäàðíûõ âîëí ñ ñàìûìè ðàçíûìè ïàðàìåòðàìè. Ïîýòîìó äàæå ãðóáàÿ ïîñòàíîâêà çàäà÷è òðåáóåò ïðîâåäåíèÿ âåñüìà ñëîæíûõ ðàñ÷¼òîâ ñ ó÷¼òîì, êàê ïðàâèëî, ìíîãèõ ôèçè÷åñêèõ ïðîöåññîâ. Íàïðèìåð,
òîëüêî
äëÿ
óêàçàííîãî
âûøå
íåñîîòâåòñòâèÿ
ìåæäó
òåîðåòè÷åñêîé è íàáëþäàåìîé ñâåòèìîñòüþ âåòðà â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå â ëèòåðàòóðå ðàññìîòðåíû â êà÷åñòâå âîçìîæíûõ ñëåäóþùèå ïðè÷èíû ðàñõîæäåíèÿ:
Ââåäåíèå
10
• Ïîãëîùåíèå ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ õîëîäíûì êîìïîíåíòîì âåòðà. • Êîìáèíàöèÿ àäèàáàòè÷åñêîãî è ðàäèàöèîííîãî ðåæèìîâ òå÷åíèÿ ãàçà çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû [61]. • Êëî÷êîâàòîñòü âåòðà. • Îáðàòíîå êîìïòîíîâñêîå ðàññåÿíèå îïòè÷åñêèõ è ÓÔêâàíòîâ çâåçä íà ãîðÿ÷èõ ýëåêòðîíàõ è âûñâå÷èâàíèå â ëèíèÿõ æåëåçà [62, 63]. • Ýëåêòðîííàÿ òåïëîïðîâîäíîñòü ïåðåä ôðîíòîì. Ñëîæíîñòü âçàèìîäåéñòâèè
ôèçè÷åñêèõ âåòðîâ,
ïðîöåññîâ,
òðåáóåò
äëÿ
èìåþùèõ
ìåñòî
èíòåðïðåòàöèè
ïðè
íàáëþäåíèé
ïðåäâàðèòåëüíîãî âûïîëíåíèÿ îáùèõ ðàñ÷¼òîâ óäàðíûõ âîëí äëÿ êîíêðåòíûõ ôèçè÷åñêèõ óñëîâèé.  ñâÿçè ñ ýòèì â äèññåðòàöèè ïðèíÿòà ñëåäóþùàÿ ñèñòåìà èçëîæåíèÿ ìàòåðèàëà. Â
ïåðâîé
ãëàâå
ñôîðìóëèðîâàíà
ìîäåëü
âçàèìîäåéñòâèÿ
äâóõêîìïîíåíòíûõ ïîòîêîâ â äâîéíûõ ñèñòåìàõ, èçëîæåíà êà÷åñòâåííàÿ êàðòèíà ïðîë¼òà îäíîãî îáëàêà è ñòîëêíîâåíèÿ ïàðû îáëàêîâ, à òàêæå óäåëåíî âíèìàíèå îáëàñòÿì òå÷åíèÿ, â êîòîðûõ, ïî íàøåìó ìíåíèþ, ïðè ñòîëêíîâåíèè îáëàêîâ ôîðìèðóåòñÿ ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå è îáðàçóåòñÿ ïûëü. Âî âòîðîé ãëàâå èçëîæåíû äâà àñïåêòà òåîðèè âûñâå÷èâàíèÿ óäàðíûõ âîëí, èìåþùèå ñàìîñòîÿòåëüíûé èíòåðåñ äëÿ óñëîâèé â ñòàëêèâàþùèõñÿ âåòðàõ è íåîáõîäèìûå êàê äëÿ âûïîëíåíèÿ äåòàëüíûõ ðàñ÷¼òîâ, òàê è äëÿ ðàçâèòèÿ ìîäåëè â öåëîì:
• çàâèñèìîñòü ñïåêòðà íåïðåðûâíîãî èçëó÷åíèÿ îò ñêîðîñòè ôðîíòà ñ ó÷¼òîì ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè, îáìåíà ýíåðãèåé ìåæäó èîíàìè è ýëåêòðîíàìè è âûñâå÷èâàíèÿ ïóò¼ì ñâîáîäíîñâîáîäíûõ ïåðåõîäîâ;
• èîíèçàöèÿ ïåðåä ôðîíòîì æåëåçà äî âîäîðîäî è ãåëèåïîäîáíûõ èîíîâ èçëó÷åíèåì ãîðÿ÷åãî ãàçà, ïðîøåäøèì ÷åðåç ôðîíò, è
Ââåäåíèå
11
çàâèñèìîñòü îò ñêîðîñòè ôðîíòà èíòåíñèâíîñòè èçëó÷åíèÿ â ðåçîíàíñíûõ ïåðåõîäàõ FeXXV è FeXXVI.  òðåòüåé è ÷åòâ¼ðòîé ãëàâàõ ìû êîíêðåòèçèðóåì ìîäåëü îáëà÷íîãî âåòðà â ïðèìåíåíèè ê äâîéíîé ñèñòåìå HD193793.  òðåòüåé
ãëàâå ïîêàçàíî, ÷òî ôàêò ñëàáîé ïåðåìåííîñòè
íàáëþäàåìîãî ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ WR 140 ìîæåò èìåòü ñâî¼ îáúÿñíåíèå â ðàìêàõ ìîäåëè âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ, ãäå ðàçðåæåííûé è îáëà÷íûé êîìïîíåíòû èãðàþò ïðèìåðíî îäèíàêîâóþ ðîëü. Äåòàëüíûå ðàñ÷¼òû, ïðèâåä¼ííûå âî âòîðîé ãëàâå, ïîêàçàëè, ÷òî ïðèìåðíîå ïîñòîÿíñòâî ðåíòãåíîâñêîé ñâåòèìîñòè íåñîâìåñòèìî ñ áîëüøîé âûòÿíóòîñòüþ îðáèòû, åñëè ãàç çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû íå âûñâå÷èâàåòñÿ, êàê ýòî ïðîèñõîäèò ïðè ñòîëêíîâåíèè ðàçðåæåííûõ êîìïîíåíòîâ âåòðîâ. Ïîýòîìó ñòîëêíîâåíèå îáëàêîâ îñòà¼òñÿ ïîêà åäèíñòâåííîé âîçìîæíîñòüþ îáúÿñíèòü íàáëþäàåìûé ôàêò.  ÷åòâ¼ðòîé ãëàâå îáñóæäàåòñÿ ýâîëþöèÿ ïûëè â îáëàêàõ WR êîìïîíåíòà âåòðà HD193793: îáðàçîâàíèå ïûëèíîê, èõ âûæèâàíèå â ïîëå èçëó÷åíèÿ ãîðÿ÷åé çâåçäû, ïîñëåäóþùèé íàãðåâ ñ îáðàçîâàíèåì èçâåñòíîé èç íàáëþäåíèé èíôðàêðàñíîé âñïûøêè. Êàê è â ñëó÷àå ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ, ìîäåëü ñòîëêíîâåíèÿ îáëàêîâ îñòà¼òñÿ ïîêà åäèíñòâåííîé ìîäåëüþ, îáúÿñíÿþùåé íàáëþäåíèÿ.
Îñíîâíûå ïîëîæåíèÿ, âûíîñèìûå àâòîðîì íà çàùèòó • Ìîäåëü âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõôàçíûõ çâ¼çäíûõ âåòðîâ äëÿ äâîéíûõ ñèñòåì ñ WR è O-êîìïîíåíòàìè. • Îáúÿñíåíèå îòñóòñòâèÿ çàìåòíîé ïåðåìåííîñòè ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ äâîéíîé ñèñòåìû HD 193793.
• Îáúÿñíåíèå âîçìîæíîñòè âîçíèêíîâåíèÿ ïûëè â óñëîâèÿõ âåòðà îò ãîðÿ÷èõ çâ¼çä, å¼ ñîõðàíåíèÿ è ïîñëåäóþùåãî íàãðåâà ïðè óäàëåíèè îò ñèñòåìû.
Ââåäåíèå
12
• Ðàñ÷¼òû ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ óäàðíîé âîëíû ñ ó÷¼òîì ïðîöåññîâ, âàæíûõ äëÿ óñëîâèé â ñòàëêèâàþùèõñÿ âåòðàõ îò ãîðÿ÷èõ çâ¼çä ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè, îáìåíà ýíåðãèåé ìåæäó èîíàìè è ýëåêòðîíàìè è âûñâå÷èâàíèÿ ïðè ñâîáîäíîñâîáîäíûõ ïåðåõîäàõ.
• Ðàñ÷¼ò ðåêîìáèíàöèîííîãî èçëó÷åíèÿ óäàðíîé âîëíû â ðåçîíàíñíûõ ëèíèÿõ âîäîðîäî è ãåëèåïîäîáíîãî èîíîâ æåëåçà ñ ó÷¼òîì ôîòîèîíèçàöèè ãàçà ïåðåä ôðîíòîì.
Íàó÷íàÿ íîâèçíà • Äëÿ äâîéíûõ ñèñòåì ñ WR è O-êîìïîíåíòàìè âïåðâûå ðàññìîòðåíà ìîäåëü âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõôàçíûõ çâ¼çäíûõ âåòðîâ, ñîñòîÿùèõ èç ïëîòíûõ êîìïàêòíûõ îáëàêîâ è ðàçðåæåííîãî êîìïîíåíòà.
• Ïîñòðîåíà ìîäåëü ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ äâîéíîé ñèñòåìû HD 193793, êîòîðàÿ âïåðâûå ó÷èòûâàåò ðîëü êàê ðàçðåæåííîãî, òàê è îáëà÷íîãî êîìïîíåíòà çâ¼çäíûõ âåòðîâ.  ðàìêàõ ýòîé ìîäåëè âïåðâûå óäàëîñü îáúÿñíèòü òîò ôàêò, ÷òî íàáëþäàåìàÿ ðåíòãåíîâñêàÿ ñâåòèìîñòü äàííîé ñèñòåìû ïðàêòè÷åñêè ïîñòîÿííà è íå çàâèñèò îò ôàç îðáèòàëüíîãî ïåðèîäà, íåñìîòðÿ íà áîëüøóþ âûòÿíóòîñòü îðáèòû.
•  ðàìêàõ ìîäåëè ñòîëêíîâåíèÿ äâóõôàçíûõ çâ¼çäíûõ âåòðîâ âïåðâûå îáúÿñí¼í ôàêò îáðàçîâàíèÿ ïûëè â äâîéíîé ñèñòåìå HD 193793 è å¼ âûæèâàíèÿ â ïîëå èîíèçóþùåãî èçëó÷åíèÿ çâåçäû. Òàêæå âïåðâûå îáúÿñíåíî ÿâëåíèå çàäåðæêè ÈÊâñïûøêè â òå÷åíèå íåñêîëüêèõ ìåñÿöåâ ïîñëå ìîìåíòà ïåðèàñòðà.
• Âïåðâûå èññëåäîâàíî ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà òîðìîçíîãî èçëó÷åíèÿ ðàäèàòèâíîé óäàðíîé âîëíû ïðè îäíîâðåìåííîì ó÷¼òå ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè, îáìåíà ýíåðãèåé ìåæäó èîíàìè è ýëåêòðîíàìè, à òàêæå âûñâå÷èâàíèÿ ïðè ñâîáîäíîñâîáîäíûõ ïåðåõîäàõ. Ðàñ÷¼òû ïðîâîäèëèñü äëÿ óñëîâèé, òèïè÷íûõ äëÿ ñòàëêèâàþùèõñÿ çâ¼çäíûõ âåòðîâ îò ãîðÿ÷èõ çâ¼çä.
Ââåäåíèå
13
• Äëÿ óñëîâèé ñòàëêèâàþùèõñÿ âåòðîâ âïåðâûå èññëåäîâàíî âëèÿíèå ôîòîèîíèçàöèè íà ñâå÷åíèå íàòåêàþùåãî ãàçà â ëèíèÿõ âîäîðîäî è ãåëèåïîäîáíûõ èîíîâ æåëåçà. Ïîêàçàíî, ÷òî ôîòîèîíèçàöèÿ ïðèâîäèò ê ñóùåñòâåííîìó óìåíüøåíèþ çàâèñèìîñòè èíòåíñèâíîñòè ëèíåé÷àòîãî èçëó÷åíèÿ îò ñêîðîñòè ôðîíòà.
Òåîðåòè÷åñêàÿ è ïðàêòè÷åñêàÿ öåííîñòü ðàáîòû • Ïðåäëîæåííàÿ â äèññåðòàöèè ìîäåëü ñòîëêíîâåíèÿ äâóõôàçíûõ çâ¼çäíûõ âåòðîâ ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíà ïðè ðåøåíèè âîïðîñà î òîì, íàñêîëüêî òèïè÷íî âëèÿíèå îáëà÷íîé ñòðóêòóðû âåòðà íà ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå äâîéíûõ ñèñòåì.
• Ìîäåëü ñòîëêíîâåíèÿ äâóõôàçíûõ çâ¼çäíûõ âåòðîâ ïîçâîëÿåò îáúÿñíèòü ôàêò îáðàçîâàíèÿ ïûëè è íàáëþäàåìûå îñîáåííîñòè ÈÊ ñïåêòðà â äâîéíîé ñèñòåìå HD 193793 è ìîæåò áûòü ïðèìåíåíà äëÿ îáúÿñíåíèÿ õàðàêòåðà îáðàçîâàíèÿ ïûëè â äðóãèõ WR+O äâîéíûõ ñèñòåìàõ.
•  ðàìêàõ ìîäåëè äâóõôàçíîãî çâ¼çäíîãî âåòðà ïîêàçàíî, ÷òî äèñêðåòíîñòü ñòîëêíîâåíèé îáëàêîâ ìîæåò íàéòè ñâî¼ îòðàæåíèå â ôîðìå ôëóêòóàöèé ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ, êîòîðûå ìîãóò áûòü îáíàðóæåíû ïðè íàáëþäåíèÿõ.
• Âûÿñíåíî âëèÿíèå ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè è ðàçëè÷èÿ ìåæäó òåìïåðàòóðàìè èîíîâ è ýëåêòðîíîâ íà ñïåêòð èçëó÷åíèÿ óäàðíîé âîëíû.
• Âûÿñíåíà ðîëü ôîòîèîíèçàöèè â ôîðìèðîâàíèè èçëó÷åíèÿ â ëèíèÿõ ðåçîíàíñíûõ ïåðåõîäîâ âîäîðîäî è ãåëèåïîäîáíîãî èîíîâ æåëåçà.
• Ïîêàçàíî, ÷òî äëÿ âîññòàíîâëåíèÿ òåìïåðàòóðû ôðîíòà èç íàáëþäåíèé ïðåäïî÷òèòåëüíåå æ¼ñòêàÿ ÷àñòü ñïåêòðà.
Ââåäåíèå
14
Àïðîáàöèÿ ðàáîòû Ðåçóëüòàòû ðàáîòû äîêëàäûâàëèñü íà ìåæäóíàðîäíîé êîíôåðåíöèè Progress in Cosmic Gas Dynamics (Ìîñêâà, 1999), íà Åâðîïåéñêîì Àñòðîíîìè÷åñêîì Ñúåçäå (JENAM-2000, Ìîñêâà), íà àñòðîôèçè÷åñêîì ñåìèíàðå â ÑÀÎ (2000), íà ñåìèíàðàõ â ÈÍÀÑÀÍå, íà ñåìèíàðàõ â îòäåëå çâ¼çäíîé àñòðîôèçèêè ÃÀÈØ ÌÃÓ.
Îñíîâíûå ðåçóëüòàòû, ïîëó÷åííûå îïóáëèêîâàíû â ñëåäóþùèõ ðàáîòàõ
â
äèññåðòàöèè,
1. Àëåêñàíäðîâà Î.Â., Áû÷êîâ Ê.Â., Ñåéôèíà Å.Â. Ïðîèñõîæäåíèå ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ SS433 â ãèäðîäèíàìè÷åñêîé ìîäåëè. ÀÆ, òîì 74, N 5, ñòð. 731739, 1997. 2. Àëåêñàíäðîâà Î.Â., Áû÷êîâ Ê.Â. Âëèÿíèå ôîòîèîíèçàöèè íà èçëó÷åíèå óäàðíûõ âîëí â ðåçîíàíñíûõ ïåðåõîäàõ èîíîâ FeXXV è FeXXVI ïðè ñòîëêíîâåíèè áûñòðûõ îêîëîçâ¼çäíûõ ïîòîêîâ. ÀÆ, òîì 75, N 2, ñòð. 188196, 1998. 3. Àëåêñàíäðîâà Î.Â., Áû÷êîâ Ê.Â. Ðàñ÷¼ò âûñâå÷èâàíèÿ óäàðíîé âîëíû ñ ó÷¼òîì ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè è îáìåíîì ýíåðãèåé ìåæäó èîíàìè è ýëåêòðîíàìè. ÀÆ, òîì 75, N 4, ñòð. 532538, 1998. 4. Àëåêñàíäðîâà Î.Â, Áû÷êîâ Ê.Â. Âîçìîæíàÿ ðîëü îáëà÷íîé ñòðóêòóðû âåòðà â ðåíòãåíîâñêîì èçëó÷åíèè äâîéíîé ñèñòåìû HD 193793. ÀÆ, òîì 77, N 12, ñòð. 883892, 2000. 5. Àëåêñàíäðîâà Î.Â, Áû÷êîâ Ê.Â. Ôîðìèðîâàíèå ïûëè â äâîéíûõ ñèñòåìàõ ñ Πè WRêîìïîíåíòàìè â ìîäåëè äâóõôàçíîãî çâ¼çäíîãî âåòðà. ÀÆ, òîì 78, N 4, ñòð. 327332, 2001.
Ëè÷íûé âêëàä àâòîðà  ñòàòüÿõ (2), (3), (4), (5) àâòîðîì áûëè íåçàâèñèìî ïðîâåäåíû âñå âû÷èñëåíèÿ.  ñòàòüå (1) àâòîðó ïðèíàäëåæèò îöåíêà âîçìîæíîé
Ââåäåíèå
15
ðîëè ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè. Êðîìå òîãî, äëÿ ñòàòüè (2) àâòîð ðàçðàáàòûâàëà ïðîãðàììû âû÷èñëåíèÿ ñêîðîñòåé ôîòîèîíèçàöèè âñåõ èîíîâ 15 õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ (âîäîðîäà, ãåëèÿ, óãëåðîäà, àçîòà, êèñëîðîäà, íåîíà, íàòðèÿ, ìàãíèÿ, àëþìèíèÿ, êðåìíèÿ, ñåðû, àðãîíà, êàëüöèÿ, æåëåçà, íèêåëÿ) è áåçðàçìåðíîé êîíöåíòðàöèè ýòèõ èîíîâ.  ñòàòüå (4) àâòîðó ïðèíàäëåæèò ðàçðàáîòêà ïðîãðàìì, íåîáõîäèìûõ äëÿ âû÷èñëåíèÿ ðåíòãåíîâñêîé êðèâîé áëåñêà ðàçðåæåííîãî êîìïîíåíòà.
Ñòðóêòóðà è îáú¼ì ðàáîòû Äèññåðòàöèÿ ñîñòîèò èç ââåäåíèÿ, ÷åòûð¼õ ãëàâ, çàêëþ÷åíèÿ è ñïèñêà ëèòåðàòóðû. Òåêñò èëëþñòðèðóþò 23 ðèñóíêà è 2 òàáëèöû, áèáëèîãðàôèÿ ñîäåðæèò 128 íàèìåíîâàíèé. Îáùèé îáú¼ì ðàáîòû ñîñòàâëÿåò 145 ìàøèíîïèñíûõ ñòðàíèö.
Ãëàâà 1 Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ Â
ýòîé
ãëàâå
ìû
èçëîæèì
êà÷åñòâåííîå
ïðåäñòàâëåíèå
î
âçàèìîäåéñòâèè äâóõôàçíûõ (äâóõêîìïîíåíòíûõ) âåòðîâ â óñëîâèÿõ äâîéíûõ ñèñòåì ñ OB è WRêîìïîíåíòàìè. Îáùàÿ êàðòèíà ÿâëåíèÿ íåîáõîäèìà äëÿ òîãî, ÷òîáû â äàëüíåéøåì ïðè èçëîæåíèè äåòàëüíûõ ðàñ÷¼òîâ áûëî ïîíÿòíî, ê êàêèì îáëàñòÿì òå÷åíèÿ èìååò îòíîøåíèå òîò èëè èíîé ðåçóëüòàò.  ñëåäóþùèõ ãëàâàõ áóäóò ïðèâåäåíû äåòàëüíûå ðàñ÷¼òû äëÿ ðàçëè÷íûõ êîíêðåòíûõ óñëîâèé.  îáùåì ñëó÷àå äâóõôàçíûìè íàçûâàþòñÿ òàêèå âåòðà, ïëîòíîñòü âåùåñòâà â êîòîðûõ íå ÿâëÿåòñÿ âåëè÷èíîé ïîñòîÿííîé, à ñàì âåòåð ñîñòîèò èç äâóõ êîìïîíåíòîâ (èëè ôàç): âåùåñòâà ñ áîëüøåé è ìåíüøåé ïëîòíîñòüþ. Õîòÿ äî ñèõ ïîð áîëüøèíñòâî àñòðîíîìè÷åñêèõ íàáëþäåíèé ñ õîðîøåé òî÷íîñòüþ èíòåðïðåòèðóåòñÿ â ðàìêàõ ìîäåëè îäíîôàçíîãî çâ¼çäíîãî âåòðà, â ðÿäå ñëó÷àåâ äëÿ îáúÿñíåíèÿ íàáëþäàòåëüíûõ äàííûõ îêàçûâàåòñÿ íåîáõîäèìî ó÷åñòü íåîäíîðîäíîñòü èñòåêàþùåãî èç çâ¼çä âåùåñòâà. Òàê, íàïðèìåð, Õýêâåëë è äð. [26] â 1979 ãîäó, ðàññìàòðèâàÿ ïðîáëåìó ôîðìèðîâàíèÿ ïûëè â HD 193793 è äðóãèõ WR+O äâîéíûõ ñèñòåìàõ, îòìå÷àëè, ÷òî äëÿ îáðàçîâàíèÿ ïûëè íóæíû äâà êîìïîíåíòà âåòðà ðàçíîé ïëîòíîñòè, è ïðåäëàãàëè â êà÷åñòâå âîçìîæíîãî ìåõàíèçìà èõ îáðàçîâàíèÿ ëèáî ñãóùåíèå âåùåñòâà â âåòðå çâåçäû, ëèáî èñïóñêàíèå çâåçäîé îòíîñèòåëüíî ïëîòíîãî ÿçûêà,
16
Ãëàâà 1. Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ
17
ïîìèìî ðàçðåæåííîãî âåùåñòâà. Øåðøíåâ è Òèåëåíñ [64], çàíèìàÿñü ïðîáëåìîé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â âåòðàõ óãëåðîäíûõ çâ¼çä, à òàêæå Âàéò è Áåêêåð [65], èíòåðïðåòèðóÿ ðàäèîèçëó÷åíèå äâîéíîé ñèñòåìû WR140, â êà÷åñòâå îäíîé èç âîçìîæíûõ ïðåäëîæèëè ìîäåëü, ñîñòîÿùóþ èç ñôåðè÷åñêè-ñèììåòðè÷íîãî ðàçðåæåííîãî êîìïîíåíòà âåòðà è ïëîòíîãî ýêâàòîðèàëüíîãî äèñêà. Ìû æå áóäåì ñ÷èòàòü, ÷òî äâóõôàçíûé çâ¼çäíûé âåòåð ÿâëÿåòñÿ êëî÷êîâàòûì:
ïîìèìî
ñôåðè÷åñêè-ñèììåòðè÷íîãî
ðàçðåæåííîãî
êîìïîíåíòà îò çâåçäû ñ òîé æå ñêîðîñòüþ äâèæóòñÿ ñãóñòêè (êëî÷êè) âåùåñòâà, êîòîðûå ìû
è áóäåì íàçûâàòü
îáëàêàìè. Ìåõàíèçì
îáðàçîâàíèÿ îáëàêîâ ïðè ðåøåíèè ïîñòàâëåííûõ íàìè çàäà÷ ðîëè íå èãðàåò. Êàê ïîêàçàëè íàøè ðàñ÷¼òû, â ðàìêàõ îäíîé ìîäåëè êëî÷êîâàòîãî çâ¼çäíîãî âåòðà ìîæíî èíòåðïðåòèðîâàòü è ðåíòãåíîâñêîå, è èíôðàêðàñíîå, è ðàäèîèçëó÷åíèå WR+O äâîéíîé ñèñòåìû WR140 (HD193793) [66, 67, 68], ÷òî ðàíüøå íèêîìó íå óäàâàëîñü.  ïîñëåäíåå âðåìÿ ïîÿâëÿåòñÿ âñ¼ áîëüøå ðàáîò, ïîñâÿù¼ííûõ êëî÷êîâàòûì
çâ¼çäíûì
íàáëþäàòåëüíûõ.
âåòðàì,
êàê
òåîðåòè÷åñêèõ,
òàê
è
Íàïðèìåð,
Ìîôôàò è äð. [58] íà îñíîâàíèè íàáëþäåíèé â ëèíèè He II λ 5411 A ïîäòâåðäèëè íàëè÷èå îáëàêîâ â çâ¼çäíûõ âåòðàõ äâóõ îäèíî÷íûõ WN6-çâ¼çä HD191765 è HD192163. Õèëëèåð [69] èçó÷èë âëèÿíèå ýëåêòðîííîãî ðàññåÿíèÿ íà ïðîôèëè ñïåêòðàëüíûõ ëèíèé â óñëîâèÿõ êëî÷êîâàòîãî çâ¼çäíîãî âåòðà. Àíòîõèí, Íóãèñ è ×åðåïàùóê [59] ïðåäñòàâèëè ðåçóëüòàòû ðàñ÷¼òîâ òåîðåòè÷åñêèõ ïðîôèëåé ýìèññèîííûõ ëèíèé He I è He II çâåçäû Âîëüôà-Ðàéå â ìîäåëè àòìîñôåðû, ñîñòîÿùåé èç áîëüøîãî ÷èñëà ïëîòíûõ îáëàêîâ è ñðàâíèòåëüíî ðàçðåæåííîé ìåæîáëà÷íîé ñðåäû. Èìè áûëî ïîêàçàíî, ÷òî â ðàìêàõ ïðåäëîæåííîé ìîäåëè ìîæíî óäîâëåòâîðèòåëüíî îïèñàòü íàáëþäàåìûå ïðîôèëè ëèíèé. Ìîôôàò è Ðîáåðò [14] ïîñòðîèëè ïðîñòåéøóþ ìîäåëü êëî÷êîâàòîãî çâ¼çäíîãî âåòðà è ñäåëàëè îöåíêó ñïåêòðà ìàññ îáëàêîâ. Ðîáåðò è äð. [70] îáúÿñíÿþò íàáëþäàåìóþ ïåðåìåííîñòü ïðîôèëåé ñïåêòðàëüíûõ ëèíèé çâ¼çä Âîëüôà-Ðàéå íåîäíîðîäíîñòüþ èõ çâ¼çäíûõ âåòðîâ. Íàèáîëüøàÿ ïåðåìåííîñòü ëèíèé
Ãëàâà 1. Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ
18
íàáëþäàåòñÿ ó çâ¼çä ïîçäíåãî òèïà, WN8 è WC9. Ëåïèí [71] ïîñòðîèë êàðòèíó äâèæåíèÿ îáëàêîâ â ðàçðåæåííîì êîìïîíåíòå ñòàëêèâàþùèõñÿ çâ¼çäíûõ âåòðîâ è óêàçàë íà âàæíóþ ðîëü îáëà÷íîãî êîìïîíåíòà. Ýòè è äðóãèå ðàáîòû ïîäòâåðæäàþò íàëè÷èå îáëàêîâ â âåòðàõ ãîðÿ÷èõ çâ¼çä è óêàçûâàþò íà âàæíîñòü ó÷¼òà ýòîãî îáñòîÿòåëüñòâà ïðè ïîñòðîåíèè òåîðåòè÷åñêèõ ìîäåëåé. Âíà÷àëå
ñôîðìóëèðóåì
îñíîâíûå
ïðåäïîëîæåíèÿ
î
õàðàêòåðå
òå÷åíèÿ, â ðàìêàõ êîòîðûõ áóäåì îñòàâàòüñÿ íà ïðîòÿæåíèè âñåé äèññåðòàöèè. Ìû ðàññìàòðèâàåì ñôåðè÷åñêèñèììåòðè÷íîå èñòå÷åíèå èç íåïîäâèæíûõ çâ¼çä, ïðè÷¼ì ñêîðîñòü ãàçà íà áîëüøîì ðàññòîÿíèè îò ïîâåðõíîñòè çâåçäû ïîëàãàåì óñòàíîâèâøåéñÿ. Îáîçíà÷èì å¼ êàê V∞ .  ðàññìàòðèâàåìîì êëàññå ñèñòåì ñêîðîñòü èñòå÷åíèÿ ëåæèò â äèàïàçîíå
2000 êì/ñåê < V∞ < 3500 êì/ñåê. Ýòî â äåñÿòêè ðàç ïðåâûøàåò ñêîðîñòü îðáèòàëüíîãî äâèæåíèÿ çâ¼çä â ñèñòåìå. Òàê, äëÿ äâîéíîé ñèñòåìû WR140 ñêîðîñòü îðáèòàëüíîãî äâèæåíèÿ â ïåðèàñòðå ñîñòàâëÿåò 190 êì/ñ, à â àïîàñòðå 16,5 êì/ñ (ñîîòâåòñòâóþùèå ðàñ÷¼òû ñì. â ãëàâå 3). Òàêèì îáðàçîì, åñëè îòíîñèòåëüíàÿ ïîãðåøíîñòü âû÷èñëåíèé ñîñòàâëÿåò 1020%, òî ìû ìîæåì ïðåíåáðå÷ü êîðèîëèñîâûì óñêîðåíèåì âåòðà, à òàêæå, êàê ïîêàçûâàåò àíàëèç õàðàêòåðíûõ âðåì¼í çàäà÷è, âîçìîæíûì èçìåíåíèåì ðàññòîÿíèÿ ìåæäó êîìïîíåíòàìè ñèñòåìû çà ïðîìåæóòêè âðåìåíè, îïðåäåëÿåìûå ìàñøòàáíûìè ôàêòîðàìè ãàçîäèíàìè÷åñêîé çàäà÷è. Ïðåäïîëîæåíèå î ñôåðè÷åñêè ñèììåòðè÷íîì èñòå÷åíèè ðàçðåæåííîé ôàçû âåòðà â íàñòîÿùåå âðåìÿ ÿâëÿåòñÿ îáùåïðèíÿòûì. Îäíàêî àíàëèç ðàäèîèçëó÷åíèÿ ñèñòåìû HD193793 ïîçâîëèë Âàéòó è Áåêêåðó [65] ïðåäëîæèòü ìîäåëü ïðåèìóùåñòâåííî ýêâàòîðèàëüíîãî èñòå÷åíèÿ. Âàéò è ×åí [72], ïðîâåäÿ âû÷èñëåíèÿ ñïåêòðà ýòîé æå ñèñòåìû îò ðàäèî äî γ äèàïàçîíîâ, òàêæå ïðèøëè ê âûâîäó, ÷òî ñôåðè÷åñêè ñèììåòðè÷íàÿ ìîäåëü íå ìîæåò îáúÿñíèòü ðàäèîíàáëþäåíèÿ. Øåðøíåâ è Òèåëåíñ [64], àíàëèçèðóÿ ðåçóëüòàòû ðàñ÷¼òîâ õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé ïî îáðàçîâàíèþ ïûëè â óãëåðîäíîé çâåçäå Âîëüôà-Ðàéå òèïà WC9
Ãëàâà 1. Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ
19
ïðèøëè ê âûâîäó, ÷òî â ïðåäïîëîæåíèè ñôåðè÷åñêè-ñèììåòðè÷íîãî îäíîðîäíîãî ïîòîêà âåùåñòâà îò çâåçäû ïûëü ñôîðìèðîâàòü íåâîçìîæíî. Äëÿ ðàññìàòðèâàåìîé íàìè ïðîáëåìû õàðàêòåð ñèììåòðèè íå òàê âàæåí: êëî÷êîâàòàÿ ñòðóêòóðà âåòðà äîëæíà ïðîÿâëÿòü ñåáÿ ïðè ëþáîé ãåîìåòðèè ïîòîêà. Óêàçàííîå âûøå ïðèáëèæåíèå ìû ïðèíèìàåì èñêëþ÷èòåëüíî äëÿ óïðîùåíèÿ ïåðâîíà÷àëüíîãî èññëåäîâàíèÿ ðîëè îáëàêîâ. Ãëàâíûì èñòî÷íèêîì èíôîðìàöèè â ðàññìàòðèâàåìîé çàäà÷å äëÿ íàñ ÿâëÿåòñÿ ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå äâîéíûõ ñèñòåì â äèàïàçîíå ýíåðãèé êâàíòîâ
4 êýÂ < E < 10 êýÂ. Îíî
äà¼òñÿ
òîëüêî
ãîðÿ÷èì
ãàçîì,
ïîýòîìó
ìû
ñîñðåäîòî÷èì
âíèìàíèå èìåííî íà òåõ îáëàñòÿõ òå÷åíèÿ, òåìïåðàòóðà êîòîðûõ ïðåâûøàåò 3 · 107 K. Òàêàÿ òåìïåðàòóðà ñîîòâåòñòâóåò íèæíåé ãðàíèöå ïðèâåä¼ííîãî íåðàâåíñòâà êâàíòàì ñ ýíåðãèåé 4 êýÂ.  ýòèõ îáëàñòÿõ ìîæíî ñ÷èòàòü ïîëíîñòüþ èîíèçîâàííûìè âñå õèìè÷åñêèå ýëåìåíòû ñ äîñòàòî÷íî âûñîêèì ñîäåðæàíèåì, äî ñåðû âêëþ÷èòåëüíî, à ó æåëåçà íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü âîäîðîäî è ãåëèåïîäîáíûå èîíû. Õîòÿ îòíîñèòåëüíîå ñîäåðæàíèå æåëåçà ñóùåñòâåííî ìåíüøå, ÷åì îòíîñèòåëüíîå ñîäåðæàíèå îñíîâíûõ êîìïîíåíòîâ çâ¼çäíûõ âåòðîâ âîäîðîäà è ãåëèÿ èìåííî æåëåçîì îáóñëàâëèâàåòñÿ îõëàæäåíèå ãàçà â ëèíèÿõ, è, ñîîòâåòñòâåííî, ëèíåé÷àòûé ñïåêòð èçëó÷åíèÿ ãàçà. Ïîýòîìó ó÷¼ò âêëàäà àòîìîâ æåëåçà íåîáõîäèì. Îñòàëüíûå õèìè÷åñêèå ýëåìåíòû (ëèòèé, áåðèëëèé, áîð è ò.ä. äî ñåðû âêëþ÷èòåëüíî) íàõîäÿòñÿ ïðè òàêèõ òåìïåðàòóðàõ â ïîëíîñòüþ èîíèçîâàííîì ñîñòîÿíèè è íå âíîñÿò âêëàä â ëèíåé÷àòîå èçëó÷åíèå ñ îäíîé ñòîðîíû, à ñ äðóãîé ñòîðîíû, ïî ÷èñëó ÷àñòèö èõ ìíîãî ìåíüøå ÷åì âîäîðîäà è ãåëèÿ, ïîýòîìó ïðè ïðîâåäåíèè âû÷èñëåíèé ýòè ýëåìåíòû ìîæíî íå ó÷èòûâàòü. Êàê áûëî îòìå÷åíî âûøå, äëÿ ðàñ÷¼òà òåïëîâîé ñòðóêòóðû ãàçà è ñïåêòðà âûõîäÿùåãî èçëó÷åíèÿ íàì íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü âîäîðîä, ãåëèé è æåëåçî. Îáîçíà÷èì ïîñðåäñòâîì X, Y è Z èõ îòíîñèòåëüíîå
Ãëàâà 1. Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ
20
ñîäåðæàíèå ïî ÷èñëó ÷àñòèö. Âåòåð çâåçäû êëàññà OB èìååò íîðìàëüíîå ñîäåðæàíèå õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ.  ýòîì ñëó÷àå ìîæíî ïðèíÿòü ñëåäóþùèå çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ (ñì., íàïðèìåð, [73]):
XOB = 0.9, YOB = 0.1, ZOB = 4 · 10−5 . Êàê áûëî ïîêàçàíî âî Ââåäåíèè, àòìîñôåðû çâ¼çä òèïà ÂîëüôàÐàéå îáîãàùåíû ãåëèåì.  íàøåé ðàáîòå, ïðè èíòåðïðåòàöèè ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ è ïîëíîé èîíèçàöèè êàê âîäîðîäà, òàê è ãåëèÿ, ñîîòíîøåíèå ìåæäó ýòèìè ýëåìåíòàìè íå òàê âàæíî. Ïîýòîìó ìû ïðèìåì
XWR = 0.1, YWR = 0.9, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ñðåäíåìó çíà÷åíèþ ñîäåðæàíèÿ ýòèõ ýëåìåíòîâ â çâåçäå WC7 ïî ÷èñëó àòîìîâ, ïðèâåä¼ííîìó â [17], à ñîäåðæàíèå æåëåçà ïîëîæèì ðàâíûì ZOB . Ïðàâäà, â ñëó÷àå HD193793 âåòåð îò êîìïîíåíòà WC7 ìîæåò áûòü ñèëüíî îáîãàù¼í óãëåðîäîì. Ñîãëàñíî [39], åãî ñîäåðæàíèå ñîñòàâëÿåò 0.05 ïî ÷èñëó ÷àñòèö. Íî â ñèëó ïîëíîé èîíèçàöèè óãëåðîäà â îáëàñòè, çàíÿòîé ãîðÿ÷èì ãàçîì, ïðèâåä¼ííîå îáñòîÿòåëüñòâî ìàëî ñêàçûâàåòñÿ íà ðàññìàòðèâàåìîé íàìè ïðîáëåìå. Äèàïàçîí çíà÷åíèé, â êîòîðûõ ìîæåò íàõîäèòüñÿ ïëîòíîñòü ÷èñëà ÷àñòèö n, îêàçûâàåòñÿ âåñüìà øèðîêèì. Ñîãëàñíî íàøåé ìîäåëè, â îáëàêàõ îíà ìîæåò äîñòèãàòü 1016 ñì−3 . Ïëîòíîñòü ðàçðåæåííîãî êîìïîíåíòà çíà÷èòåëüíî íèæå, è â àïîàñòðå îðáèòû øèðîêîé äâîéíîé ñèñòåìû îíà ïàäàåò äî 106 ñì−3 å¼ çíà÷åíèå îïðåäåëÿåòñÿ òåìïîì ïîòåðè ìàññû çâåçäîé è ðàññòîÿíèåì ìåæäó êîìïîíåíòàìè äâîéíîé ñèñòåìû.  ýòîì äèàïàçîíå ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ îñíîâíûìè ïðîöåññàìè îõëàæäåíèÿ ÿâëÿþòñÿ òîðìîçíîå èçëó÷åíèå è âîçáóæäåíèå ðåçîíàíñíûõ ëèíèé èîíîâ æåëåçà.  òåñíûõ äâîéíûõ ñèñòåìàõ, âáëèçè ÿðêèõ çâ¼çä, êîíå÷íî, íàäî ó÷èòûâàòü è îáðàòíîå êîìïòîíîâñêîå ðàññåÿíèå. Âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõ äëÿ íàñ áóäåò âàæíî, ïðîèñõîäèò ëè âûñâå÷èâàíèå çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû. Åñëè âûñâå÷èâàíèÿ íåò, òî òàêóþ âîëíó ìû áóäåì óñëîâíî íàçûâàòü àäèàáàòè÷åñêîé, â ïðîòèâîïîëîæíîì ñëó÷àå
Ãëàâà 1. Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ
21
ðàäèàöèîííîé èëè ðàäèàòèâíîé. Õàðàêòåð âîëíû îïðåäåëÿåòñÿ ñîîòíîøåíèåì õàðàêòåðíûõ âðåì¼í çàäà÷è è çàâèñèò îò ïëîòíîñòè ãàçà. Ïðè îäíîé è òîé æå ñêîðîñòè ôðîíòà ïîâåäåíèå ãàçà ñóùåñòâåííî ðàçëè÷àåòñÿ ó ðàäèàöèîííûõ è àäèàáàòè÷åñêèõ óäàðíûõ âîëí. Õàðàêòåð âûñâå÷èâàíèÿ, â ñâîþ î÷åðåäü, çàâèñèò îò ñòåïåíè ïðîçðà÷íîñòè ãàçà.  ðàññìàòðèâàåìûõ íàìè çàäà÷àõ ãàç ïðàêòè÷åñêè âñåãäà ìîæíî áóäåò ñ÷èòàòü ïðîçðà÷íûì äëÿ ñîáñòâåííîãî èçëó÷åíèÿ. Êàê èçâåñòíî [74], âðåìÿ âûñâå÷èâàíèÿ ïðîçðà÷íîé ñðåäû ïðè ïðî÷èõ ðàâíûõ óñëîâèÿõ îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíî å¼ ïëîòíîñòè. Ñîãëàñíî ñêàçàííîìó âûøå, ïëîòíîñòü ðàçíûõ îáëàñòåé ãàçà â îêîëîçâ¼çäíûõ ïîòîêàõ ðàçëè÷àåòñÿ î÷åíü ñèëüíî. Ãàç â îáëàêàõ ìîæåò áûòü íà äåñÿòü ïîðÿäêîâ ïëîòíåå ìåæîáëà÷íîé ñðåäû; ñîîòâåòñòâåííî íà äåñÿòü è áîëåå ïîðÿäêîâ ìîãóò ðàçëè÷àòüñÿ ìàñøòàáû âðåìåíè âûñâå÷èâàíèÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, â îäíèõ îáëàñòÿõ äâîéíîé ñèñòåìû ìîãóò ðàñïðîñòðàíÿòüñÿ àäèàáàòè÷åñêèå óäàðíûå âîëíû, â äðóãèõ ðàäèàòèâíûå.  òðåòüåé ãëàâå ìû óâèäèì, êàê ýòî îáñòîÿòåëüñòâî ìîæåò ïîâëèÿòü íà êðèâóþ áëåñêà â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå. Ïåðåéä¼ì ê èçëîæåíèþ îáùåé êàðòèíû âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõôàçíûõ âåòðîâ. Ñíà÷àëà â ñïðàâî÷íûõ öåëÿõ ïðèâåä¼ì íà ðèñ.1.1 èçâåñòíóþ ñõåìó ñòîëêíîâåíèÿ ðàçðåæåííûõ êîìïîíåíòîâ. Ñëåâà íàõîäèòñÿ çâåçäà òèïà ÂîëüôàÐàéå, ñïðàâà ÎÂçâåçäà. Òåìï ïîòåðè ìàññû çâåçäîé Âîëüôà-Ðàéå ïðèìåðíî íà ïîëòîðàäâà ïîðÿäêà áîëüøå òåìïà ïîòåðè ìàññû OB-çâåçäîé, òî åñòü âåòåð îò çâ¼çä ÂîëüôàÐàéå ìîùíåå âåòðà ÎÂçâ¼çä, ïîýòîìó ãðàíèöà ðàçäåëà Ñ âûïóêëà â ñòîðîíó WRçâåçäû. Êðîìå èçãèáà ãðàíèöû, ðàçëè÷èå â ìîùíîñòè âåòðîâ ïðîÿâëÿåòñÿ â òîì, ÷òî ëîáîâàÿ òî÷êà Î ïðèìåðíî â ïÿòüäåñÿòü ðàç áëèæå ê ÎÂçâåçäå, òî åñòü îáîçíà÷åííîå íà ðèñóíêå ðàññòîÿíèå rOB â ïÿòüäåñÿòü ðàç êîðî÷å rWR . Íåâîçìóù¼ííûé ãàç âåòðà íàãðåâàåòñÿ, ïðîõîäÿ ÷åðåç ôðîíò óäàðíîé âîëíû S1 èëè S2 ñîîòâåòñòâåííî. Ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå èñõîäèò èç îáëàñòåé I è II, ãäå íàõîäèòñÿ íàãðåòûé ãàç.  ðÿäå ñëó÷àåâ, êîòîðûå çàâèñÿò îò ðàññòîÿíèÿ ìåæäó êîìïîíåíòàìè äâîéíîé ñèñòåìû è ñîîòíîøåíèÿ ìîùíîñòåé çâ¼çäíûõ âåòðîâ, ëîáîâàÿ
Ãëàâà 1. Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ Íåâîçìóù¸ííûé âåòåð îò çâåçäû òèïà Âîëüôà-Ðàéå
S1
I
C
S2
22
Íåâîçìóù¸ííûé âåòåð îò çâåçäû êëàññà OB
II
OB
WR
o
rWR
rOB
D
C - êîíòàêòíàÿ ãðàíèöà S1 - óäàðíàÿ âîëíà âíóòðè âåòðà îò çâåçäû òèïà Âîëüôà-Ðàéå S2 - óäàðíàÿ âîëíà âíóòðè âåòðà îò OB-çâåçäû I - ãàç âåòðà çâåçäû Âîëüôà-Ðàéå, íàãðåòûé íà ôðîíòå S1 II - ãàç âåòðà OB-çâåçäû, íàãðåòûé íà ôðîíòå S2
Ðèñ. 1.1: Âçàèìîäåéñòâèå ðàçðåæåííûõ êîìïîíåíòîâ çâ¼çäíûõ âåòðîâ.
òî÷êà îêàçûâàåòñÿ ñèëüíî ïðèæàòà ê ïîâåðõíîñòè OBçâåçäû âåòðîì WRêîìïîíåíòà. Òîãäà ãîðÿ÷àÿ îáëàñòü II ìîæåò îòñóòñòâîâàòü, è ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå îïðåäåëÿåòñÿ âåòðîì îò çâåçäû òèïà Âîëüôà Ðàéå. Ñõåìà, ïðèâåä¼ííàÿ íà ðèñ.1.1, ÿâëÿåòñÿ èäåàëèçèðîâàííîé åù¼ è â òîì ñìûñëå, ÷òî îíà íå ó÷èòûâàåò íåóñòîé÷èâîñòü òå÷åíèÿ ïëàçìû âäîëü ãðàíèöû ðàçäåëà. Çäåñü ìîæåò ðàçâèâàòüñÿ íåóñòîé÷èâîñòü òàíãåíöèàëüíîãî ðàçðûâà [75], à â ñëó÷àå âûñâå÷èâàíèÿ òàêæå íåóñòîé÷èâîñòü ÐýëåÿÒåéëîðà è ïåðåñòàíîâî÷íàÿ íåóñòîé÷èâîñòü [76].
Ãëàâà 1. Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ
23
 äåòàëüíûõ äâóìåðíûõ ðàñ÷¼òàõ Ìÿñíèêîâà, Æåêîâà è Áåëîâà [51] îïèñàíî ðàçâèòèå ïåðâîíà÷àëüíî ìàëûõ âîçìóùåíèé, ïðèâîäÿùåå ê çíà÷èòåëüíîìó èñêðèâëåíèþ ãðàíèöû ðàçäåëà. Ýòî îáñòîÿòåëüñòâî ÿâëÿåòñÿ î÷åíü âàæíûì â òåîðèè ñòîëêíîâåíèÿ ðàçðåæåííûõ âåòðîâ. Îäíàêî äëÿ ðàññìàòðèâàåìîé â äèññåðòàöèè çàäà÷è îïðåäåëåíèÿ âîçìîæíîé ðîëè îáëàêîâ ïðîáëåìà ìàëûõ âîçìóùåíèé óæå íå ñòîèò òàê îñòðî. Äåëî â òîì, ÷òî âçàèìîäåéñòâèå îáëàêîâ âåòðà îäíîé çâåçäû ñ ðàçðåæåííîé ôàçîé âåòðà äðóãîé çâåçäû ïðèâîäèò ê âîçìóùåíèÿì, êîòîðûå íèêàê íåëüçÿ íàçâàòü ìàëûìè. Íàïðèìåð, îáëàêà, êîòîðûå â ñèëó ñâîåé áîëüøîé (ïî ñðàâíåíèþ ñ ðàçðåæåííûì êîìïîíåíòîì âåòðà) ïëîòíîñòè áåñïðåïÿòñòâåííî ïåðåñåêàþò ãðàíèöó ðàçäåëà, ðàçðûâàþò å¼ âî ìíîãèõ ìåñòàõ, òàê ÷òî ðàññóæäåíèÿ îá óñòîé÷èâîñòè ãðàíèöû ðàçäåëà ñòàíîâÿòñÿ ïðîáëåìàòè÷íûìè. Sr
S1
D
C
S2
H Sr
G
I
II
OB
WR
F E
Ðèñ. 1.2: Âçàèìîäåéñòâèå äâóõôàçíûõ âåòðîâ.
Ïåðåéä¼ì
ê
ôîðìóëèðîâêå
ìîäåëè
îáëà÷íîãî
âåòðà,
êîòîðàÿ
ñõåìàòè÷åñêè ïðîèëëþñòðèðîâàíà íà ðèñ.1.2. ×òîáû íå çàãðîìîæäàòü êàðòèíó, ìû íå ïðèâîäèì õîðîøî èçâåñòíûå â ëèòåðàòóðå ëèíèè òîêà
Ãëàâà 1. Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ
24
ðàçðåæåííûõ êîìïîíåíòîâ. Ìû ïîëàãàåì, ÷òî êàæäîå îáëàêî äâèæåòñÿ ñî ñêîðîñòüþ, ðàâíîé ìåñòíîé ñêîðîñòè ðàçë¼òà ðàçðåæåííîé ôàçû âåòðà. Íàïðàâëåíèå äâèæåíèÿ êàæäîãî îáëàêà îáîçíà÷åíî ïðèêðåïë¼ííîé ê íåìó ñòðåëêîé. Ïîêà îáëàêî, âûëåòåâøåå îò ÎÂçâåçäû, íàõîäèòñÿ ñïðàâà îò ôðîíòà S2 , à îáëàêî îò çâåçäû òèïà ÂîëüôàÐàéå ñëåâà îò S1 , îíè ñëàáî âëèÿþò íà ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçðåæåííûé êîìïîíåíò, òàê êàê äâèæóòñÿ ñ òîé æå ñêîðîñòüþ, ÷òî è îí. Ñêàçàííîå îòíîñèòñÿ ê îáëàêó Å, ïðèíàäëåæàùåìó âåòðó îò çâåçäû òèïà ÂîëüôàÐàéå, à òàêæå îáëàêàì F è G, âûëåòåâøèì èç ÎÂçâåçäû. Áûñòðîìó ðàñïëûâàíèþ îáëàêà â ðàçíûå ñòîðîíû ïðåïÿòñòâóåò äàâëåíèå îêðóæàþùåãî åãî ðàçðåæåííîãî ãàçà. Ðàçìåðû îáëàêà ìîãóò óâåëè÷èâàòüñÿ ïî ìåðå ïàäåíèÿ âíåøíåãî äàâëåíèÿ, íî ýòî áóäåò ïðîèñõîäèòü òîëüêî ïðè îòñóòñòâèè äèññèïàòèâíûõ ïðîöåññîâ âíóòðè ñàìîãî îáëàêà. Åñëè æå òàêîâûå, íàïðèìåð, âûñâå÷èâàíèå, èìåþò ìåñòî, òî óìåíüøåíèå âíåøíåãî äàâëåíèÿ ìîæåò è íå ñîïðîâîæäàòüñÿ ðàñøèðåíèåì îáëàêà. Êàðäèíàëüíîå
ðàçëè÷èå
â
ïîâåäåíèè
îáëàêà
è
ðàçðåæåííîãî
êîìïîíåíòà íàñòóïàåò â ìîìåíò, êîãäà îíî ïåðåñåêàåò êîíòàêòíóþ ãðàíèöó C. Ïëîòíîå îáëàêî ïðàêòè÷åñêè áåñïðåïÿòñòâåííî ïðîõîäèò ãðàíèöó è óñòðåìëÿåòñÿ â îáëàñòü, çàíÿòóþ ðàçðåæåííûì âåòðîì ïðîòèâîïîëîæíîé çâåçäû. Îíî òîðìîçèòñÿ, ïîñòåïåííî ñãðåáàÿ ïåðåä ñîáîé ðàçðåæåííûé ãàç. Êàê ëþáîå òåëî, äâèæóùååñÿ ñî ñâåðõçâóêîâîé ñêîðîñòüþ, îíî ãåíåðèðóåò âî âñòðå÷íîì ïîòîêå ñèëüíóþ óäàðíóþ âîëíó. Íà ðèñóíêå ýòî îáëàêî D, ïðèíàäëåæàùåå âåòðó îò ÎÂ-çâåçäû. Ïóíêòèðîì âîêðóã íåãî îáîçíà÷åíà óäàðíàÿ âîëíà Sr â ðàçðåæåííîì ãàçå âåòðà îò çâåçäû ÂîëüôàÐàéå. Òî÷íî òàê æå îáëàêî H, ïðèíàäëåæàùåå âåòðó îò çâåçäû WR, âîçìóùàåò ðàçðåæåííûé ãàç ÎÂçâåçäû, íî ÷òîáû íå çàãðîìîæäàòü ðèñóíîê, ìû íå ñòàëè ðèñîâàòü ãåíåðèðóåìóþ èì óäàðíóþ âîëíó. Áåçûìÿííûå îáëàêà âîçìóùàþò ãàç âíóòðè îáëàñòåé I è II, ïðèäàâàÿ òå÷åíèþ îò÷àñòè õàîòè÷åñêèé õàðàêòåð è íàðóøàÿ ëèíèþ ãðàíèöû ðàçäåëà. Îáëàêà G è H ñòàëêèâàþòñÿ, è âíóòðü êàæäîãî èç íèõ áåãóò óäàðíûå âîëíû, êîòîðûå òàêæå áóäóò ïðåäìåòîì íàøåãî àíàëèçà. Êàê âèäíî äàæå èç îáùåé è âåñüìà ãðóáîé ñõåìû, äâóõôàçíûå
Ãëàâà 1. Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ
25
âåòðû äîëæíû â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè óñëîæíÿòü êàðòèíó òå÷åíèÿ è ïîðîæäàòü ìíîãî÷èñëåííûå óäàðíûå âîëíû ñ ñàìûìè ðàçíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè.
Âî-ïåðâûõ,
óäàðíûå
âîëíû
îáðàçóþòñÿ
ïðè
ñòîëêíîâåíèè ðàçðåæåííûõ êîìïîíåíòîâ çâ¼çäíûõ âåòðîâ. Ýòè óäàðíûå âîëíû ìîãóò áûòü êàê àäèàáàòè÷åñêèìè, òàê è ðàäèàòèâíûìè, â çàâèñèìîñòè îò ïàðàìåòðîâ ñòàëêèâàþùèõñÿ âåòðîâ. Âî-âòîðûõ, îáëàêà, ïðîëåòåâ ãðàíèöó ðàçäåëà, ñãðåáàþò ãàç ðàçðåæåííîãî êîìïîíåíòà âåòðà äðóãîé çâåçäû.  ñàìîì îáëàêå è â ðàçðåæåííîì êîìïîíåíòå ïðè ýòîì âçàèìîäåéñòâèè ãåíåðèðóþòñÿ óäàðíûå âîëíû. Êðîìå òîãî, ïðîèñõîäèò ñòîëêíîâåíèå îáëàêîâ, ïðèíàäëåæàùèõ ðàçíûì êîìïîíåíòàì ñèñòåìû, ìåæäó ñîáîé. Óäàðíûå âîëíû, ðàïðîñòðàíÿþùèåñÿ â ñòàëêèâàþùèõñÿ îáëàêàõ, ìîãóò áûòü êàê ðàäèàòèâíûìè, òàê è àäèàáàòè÷åñêèìè, ïðè÷¼ì âîçìîæíû òàêèå ñèòóàöèè: â îáîèõ îáëàêàõ ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ àäèàáàòè÷åñêèå âîëíû, â îáîèõ ðàäèàòèâíûå, â îäíîì îáëàêå ðàäèàòèâíàÿ óäàðíàÿ âîëíà, à â äðóãîì àäèàáàòè÷åñêàÿ. Íàïîìíèì, ÷òî õàðàêòåð îáðàçóþùèõñÿ âîëí çàâèñèò îò ïëîòíîñòè îáëàêîâ è ñêîðîñòè èõ ñòîëêíîâåíèÿ. Ïðè îïðåäåë¼ííûõ îáñòîÿòåëüñòâàõ, åñëè èìåþòñÿ ôëóêòóàöèè ñêîðîñòè èñòåêàþùåãî âåùåñòâà, âîçìîæíî ñòîëêíîâåíèå îáëàêîâ, ïðèíàäëåæàùèõ âåòðó îäíîé çâåçäû. Ïðè ñêîðîñòè âåòðà ïîðÿäêà 3000 êì/ñ äîñòàòî÷íî ðàçëè÷èÿ â ñêîðîñòè îáëàêîâ â 300 400 êì/ñ, ÷òîáû òàêèå ñòîëêíîâåíèÿ áûëè âåðîÿòíû. Ïðè òàêîì âçàèìîäåéñòâèè â êàæäîì èç îáëàêîâ òîæå áóäóò ðàñïðîñòðàíÿòüñÿ óäàðíûå âîëíû. Íàïðàâëåíèå äâèæåíèÿ îáëàêîâ ïîñëå ñòîëêíîâåíèÿ çàâèñèò îò ñîîòíîøåíèÿ èõ ñêîðîñòåé äî ñòîëêíîâåíèÿ. Òî åñòü êàðòèíà ñòîëêíîâåíèÿ äâóõôàçíûõ âåòðîâ î÷åíü ñëîæíàÿ è ïðåäîñòàâëÿåò ìàññó âîçìîæíîñòåé äëÿ îáúÿñíåíèÿ íàáëþäåíèé. Òåïåðü êà÷åñòâåííî ðàññìîòðèì êàðòèíó ïðîë¼òà îäíîãî îáëàêà è ñòîëêíîâåíèå îäíîé ïàðû îáëàêîâ. Íà ðèñ. 1.3 èçîáðàæåíî âçàèìîäåéñòâèå ïëîòíîãî êîìïàêòíîãî îáëàêà ñ ðàçðåæåííûì ãàçîì. Îáëàêî ýëëèïòè÷åñêîé ôîðìû äâèæåòñÿ ñïðàâà íàëåâî, åãî ñêîðîñòü îáîçíà÷åíà äëèííîé ãîðèçîíòàëüíîé ñòðåëêîé. Ñêîðîñòü îáëàêà (2000 3000 êì/ñ) âî ìíîãî ðàç ïðåâîñõîäèò ñêîðîñòü çâóêà íåâîçìóù¼ííîãî ãàçà
Ãëàâà 1. Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ
26
R
îáæàòèå îáëàêà ãîðÿ÷èì ãàçîì
îñåâàÿ ëèíèÿ F
R R - óäàðíàÿ âîëíà â ðàçðåæåííîì ãàçå F - óäàðíàÿ âîëíà â îáëàêå
Ðèñ. 1.3: Äâèæåíèå îáëàêà â ðàçðåæåííîì ãàçå.
âåòðà (10 20 êì/ñ). Ïîýòîìó ñîîòâåòñòâóþùèé óãîë Ìàõà î÷åíü ìàë, è â ïåðâîì ïðèáëèæåíèè ìû ìîæåì ïðåäïîëîæèòü, ÷òî óäàðíàÿ âîëíà R â ðàçðåæåííîì ãàçå èìååò ôîðìó, áëèçêóþ ê öèëèíäðè÷åñêîé. Ãàç, íàãðåòûé íà ôðîíòå R, ðàñøèðÿåòñÿ â ðàçíûå ñòîðîíû ïåðïåíäèêóëÿðíî äâèæåíèþ îáëàêà. Ýòî ðàñøèðåíèå îáîçíà÷åíî êîðîòêèìè ñòðåëêàìè, íàïðàâëåííûìè âíå öèëèíäðà. Íàïîð ãîðÿ÷åãî ðàçðåæåííîãî ãàçà ïîçàäè ôðîíòà R ãåíåðèðóåò óäàðíóþ âîëíó â îáëàêå. Íà ðèñóíêå ÷àñòü îáëàêà, âîçìóù¼ííàÿ óäàðíîé âîëíîé, çàêðàøåíà. Ñòðåëêè ïîêàçûâàþò äâèæåíèå ôðîíòà âíóòðü îáëàêà. Ñêîðîñòü ôðîíòà îòíîñèòåëüíî îáëàêà çíà÷èòåëüíî íèæå êàê ñêîðîñòè ñàìîãî îáëàêà, òàê è ñêîðîñòè ðàñøèðåíèÿ öèëèíäðà.  ñèëó âûñîêîé ïëîòíîñòè îáëàêà óäàðíàÿ âîëíà â í¼ì áûñòðî âûñâå÷èâàåòñÿ è äà¼ò èçëó÷åíèå â óëüòðàôèîëåòîâîì è ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíàõ ñïåêòðà. Ýâîëþöèÿ
êîðèäîðîâ
ãîðÿ÷åãî
ãàçà
â
ïåðâîì
ïðèáëèæåíèè
ìîæåò áûòü îïèñàíà ñïîñîáîì, îáû÷íî ïðèìåíÿåìûì äëÿ îñòàòêîâ ñâåðõíîâûõ [77]. À èìåííî, ïîñëåäîâàòåëüíî ðàññìàòðèâàþòñÿ òðè ñòàäèè ðàñøèðåíèÿ: ñíà÷àëà ñâîáîäíîãî ðàçë¼òà, à çàòåì ñìåíÿþò äðóã äðóãà àäèàáàòè÷åñêîå è ðàäèàòèâíîå òîðìîæåíèå. Íà ïåðâîé ñòàäèè òîðìîæåíèÿ ãàç ïîñëå ïðîõîæäåíèÿ ôðîíòà óäàðíîé âîëíû ðàñøèðÿåòñÿ
Ãëàâà 1. Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ
27
àäèàáàòè÷åñêè, à íà âòîðîé ñòàäèè ïðîèñõîäèò âûñâå÷èâàíèå. Îòëè÷èå ðàññìàòðèâàåìîé çàäà÷è îò îñòàòêîâ ñâåðõíîâûõ çàêëþ÷àåòñÿ â áîëåå âûñîêîé ïëîòíîñòè ãàçà è â èíîì òèïå ñèììåòðèè öèëèíäðè÷åñêîì, à íå ñôåðè÷åñêîì, êàê â ñëó÷àå îñòàòêîâ ñâåðõíîâûõ. Äëÿ ñëó÷àÿ ìåæçâ¼çäíîé
ñðåäû
ýâîëþöèÿ
ãîðÿ÷èõ
öèëèíäðîâ
îáñóæäàëàñü
Áû÷êîâûì [57]. Íà àäèàáàòè÷åñêîé ñòàäèè ðàñøèðåíèå öèëèíäðà ñîïðîâîæäàåòñÿ ïàäåíèåì ïëîòíîñòè âíóòðè íåãî. À êîãäà íàñòóïàåò ñòàäèÿ âûñâå÷èâàíèÿ, êàâåðíà îêàçûâàåòñÿ îêðóæ¼ííîé ïëîòíîé êîðêîé õîëîäíîãî ãàçà. Ãðàôèê ðàñïðåäåëåíèÿ ïëîòíîñòè äëÿ óêàçàííûõ äâóõ ñëó÷àåâ ñõåìàòè÷åñêè ïðèâåä¼í íà ðèñ.1.4. ãàç, óïëîòí¸ííûé â ðåçóëüòàòå âûñâå÷èâàíèÿ
àäèàáàòè÷åñêîå ðàñøèðåíèå çà ôðîíòîì R
ðàçðåæåííûé àäèàáàòè÷åñêè ðàñøèðÿþùèéñÿ ãàç ê îñåâîé ëèíèè
R
ñòàäèÿ âûñâå÷èâàíèÿ
ê îñåâîé ëèíèè
R
àäèàáàòè÷åñêàÿ ñòàäèÿ
Ðèñ. 1.4: Ðàñïðåäåëåíèå ïëîòíîñòè âíóòðè ðàñøèðÿþùåãîñÿ öèëèíäðà.
Ïåðåéä¼ì ê ïîñëåäíåìó ýëåìåíòó íàøåé êàðòèíû: ñòîëêíîâåíèþ îáëàêîâ. Âî âðåìÿ ñòîëêíîâåíèÿ âíóòðü êàæäîãî îáëàêà áåæèò óäàðíàÿ âîëíà. Íà ðèñ.1.5 îíè îáîçíà÷åíû F1 è F2 , óäàðíûå âîëíû ïîìå÷åíû ïóíêòèðíûìè ëèíèÿìè, à âîçìóù¼ííûé ãàç çàøòðèõîâàí. Ñêîðîñòü ñòîëêíîâåíèÿ, èëè îòíîñèòåëüíàÿ ñêîðîñòü îáëàêîâ çàâèñèò îò òî÷êè â ïðîñòðàíñòâå, ãäå îáëàêà âñòðåòèëèñü. Âáëèçè ëîáîâîé òî÷êè ñêîðîñòü ñòîëêíîâåíèÿ ðàâíà ñóììå ñêîðîñòåé îáëàêîâ. Åñëè æå îäíî îáëàêî äîãîíÿåò äðóãîå, òî ñêîðîñòè âû÷èòàþòñÿ. Ïðè çàäàííîé îòíîñèòåëüíîé ñêîðîñòè âåëè÷èíà ñêîðîñòè ôðîíòà âíóòðè êàæäîãî èç íèõ çàâèñèò îò îòíîøåíèÿ ïëîòíîñòåé îáëàêîâ, èëè êîíòðàñòà ïëîòíîñòè: â ìåíåå ïëîòíîì îáëàêå ôðîíò äâèæåòñÿ
Ãëàâà 1. Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ
28
F1 ìåíåå ïëîòíîå îáëàêî
âûñâå÷èâàíèå
íåâîçìóùåííûé ãàç
âûñâå÷èâàíèå èëè àäèàáàòè÷åñêîå ðàñøèðåíèå
ãðàíèöà ñòîëêíîâåíèÿ
íåâîçìóùåííûé ãàç
F2 áîëåå ïëîòíîå îáëàêî
íàïðàâëåíèÿ ñêîðîñòåé îáëàêîâ Ðèñ. 1.5: Ñòîëêíîâåíèå îáëàêîâ.
áûñòðåå. ×àñòî ïëîòíîñòè îáîèõ îáëàêîâ íàñòîëüêî âåëèêè, ÷òî ãàç â íèõ óñïåâàåò âûñâåòèòüñÿ.  ýòîì ñëó÷àå êàðòèíà òå÷åíèÿ áëèçêà ê ñòàöèîíàðíîé, òàê êàê âðåìÿ îõëàæäåíèÿ ìåíüøå âñåõ îñòàëüíûõ âðåìåííûõ ìàñøòàáîâ. Åñëè æå êîíòðàñò ïëîòíîñòè ñëèøêîì âåëèê, òî ìåíåå ïëîòíîå îáëàêî ìîæåò íå óñïåòü âûñâåòèòüñÿ, è òîãäà îíî áóäåò ðàñøèðÿòüñÿ àäèàáàòè÷åñêè. Ðàäèàòèâíàÿ óäàðíàÿ âîëíà â ýòîì ñëó÷àå ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ òîëüêî â áîëåå ïëîòíîì îáëàêå. Îòìåòèì, ÷òî ïðè áîëüøîé ïëîòíîñòè èçëó÷åíèå áóäåò ñëàáûì èç-çà íèçêîé ñêîðîñòè óäàðíîé âîëíû. Ðàññìîòðèì âîïðîñ îá îáëàñòÿõ, â êîòîðûõ ïðè ñòîëêíîâåíèè îáëàêîâ ôîðìèðóåòñÿ ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå è îáðàçóåòñÿ ïûëü. Íà ðèñ 1.6 ñõåìàòè÷åñêè èçîáðàæåíî ñòîëêíîâåíèå îáëàêîâ ñ ïîñëåäóþùèì âûñâå÷èâàíèåì. Îáëàêî CWR , âûëåòåâøåå èç çâåçäû òèïà ÂîëüôàÐàéå, ñòàëêèâàåòñÿ ñ îáëàêîì COB îò OB-çâåçäû.  ðåçóëüòàòå îáðàçóåòñÿ ñîñòàâíîå îáëàêî, âåëè÷èíà è íàïðàâëåíèå ñêîðîñòè êîòîðîãî îïðåäåëÿþòñÿ çàêîíîì ñîõðàíåíèÿ èìïóëüñà ïðè íåóïðóãîì óäàðå. Âåðòèêàëüíîé ëèíèåé B ïîìå÷åíà ãðàíèöà ñòîëêíîâåíèÿ îáëàêîâ. Âíóòðü êàæäîãî îáëàêà ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ óäàðíûå âîëíû: SWR è
SOB , íà ðèñóíêå îíè îáîçíà÷åíû âåðòèêàëüíûìè ëèíèÿìè. Êîðîòêèå
Ãëàâà 1. Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ
29
SWR
COB x-ray
cold
x-ray
CWR
dust
B
SOB
Ðèñ. 1.6: Îáëàñòü îáðàçîâàíèÿ ïûëè
ãîðèçîíòàëüíûå ñòðåëêè óêàçûâàþò íàïðàâëåíèå ñêîðîñòè ôðîíòà îòíîñèòåëüíî êàæäîãî îáëàêà. Íà ôðîíòå óäàðíîé âîëíû, SWR èëè SOB , òåìïåðàòóðà äîñòèãàåò ñîòåí ìèëëèîíîâ ãðàäóñîâ. Ïî ïðåäïîëîæåíèþ îáà îáëàêà âûñâå÷èâàþòñÿ. Îáëàñòè, â êîòîðûõ ôîðìèðóåòñÿ ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå, íàõîäÿòñÿ ñðàçó çà ôðîíòîì. Íà ðèñóíêå ýòè îáëàñòè îáîçíà÷åíû x-ray.  ñèëó îòíîñèòåëüíî ìàëûõ ðàçìåðîâ îáëàêîâ, óäàðíûå âîëíû ïðîõîäÿò ïî íèì äîâîëüíî áûñòðî, ïîýòîìó ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå, ïîëó÷àþùååñÿ ïðè ñòîëêíîâåíèè îáëàêîâ, íîñèò âñïûøå÷íûé õàðàêòåð. Ýòè âñïûøêè ñóììèðóþòñÿ, è ïîëó÷àåòñÿ êâàçèíåïðåðûâíûé ðåíòãåíîâñêèé ñïåêòð. Âäàëè îò ôðîíòà îêîëî ãðàíèöû ðàçäåëà B ìîãóò îáðàçîâàòüñÿ äîñòàòî÷íî õîëîäíûå è âåñüìà ïëîòíûå îáëàñòè íåéòðàëüíîãî ãàçà. Íà ðèñóíêå îíè îáîçíà÷åíû cold â îáëàêå îò OB-çâåçäû è dust â îáëàêå îò çâåçäû òèïà Âîëüôà-Ðàéå. Âûñîêàÿ ïëîòíîñòü â íèõ ÿâëÿåòñÿ ñëåäñòâèåì òîãî, ÷òî óìåíüøåíèå òåìïåðàòóðû ïðîèñõîäèò íà ôîíå ïî÷òè ïîñòîÿííîãî äàâëåíèÿ. Ìû ïðåäïîëàãàåì, ÷òî ïûëü îáðàçóåòñÿ â îáëàñòè dust ýòî õîëîäíûé è ïëîòíûé ãàç, ñîäåðæàùèé áîëüøîå êîëè÷åñòâî óãëåðîäà. Äëÿ òîãî, ÷òîáû ñôîðìèðîâàëàñü ïûëü, óãëåðîä äîëæåí ðåêîìáèíèðîâàòü è îñòûòü ïðèáëèçèòåëüíî äî 1000 Ê. Ïûëü íå ìîæåò îáðàçîâûâàòüñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà óïëîòí¼ííîå âåùåñòâî íå áóäåò îòíåñåíî îò çâ¼çä íà òàêîå ðàññòîÿíèå, ÷òîáû ãàç íå ïðîãðåâàëñÿ èçëó÷åíèåì çâ¼çä. Íèæíÿÿ ãðàíèöà èîíèçàöèè è òåìïåðàòóðû âûñâå÷èâàþùåãîñÿ ãàçà îïðåäåëÿåòñÿ
Ãëàâà 1. Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ
30
èçëó÷åíèåì çâ¼çä, âõîäÿùèõ â ñèñòåìó. Ïîëó÷àåòñÿ, ÷òî ïûëü è ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå ôîðìèðóþòñÿ â ðàçíûõ îáëàñòÿõ îáëàêîâ è â ðàçíûå ìîìåíòû âðåìåíè. Ïîäðîáíî ìåõàíèçì îáðàçîâàíèÿ ðåíòãåíîâñêîãî ñïåêòðà îïèñàí â ãëàâå 3, à ïðîöåññ îáðàçîâàíèÿ ïûëè â ãëàâå 4. Òàêèì îáðàçîì, äàæå â îäíîì ýëåìåíòå êàðòèíû ñòîëêíîâåíèè îáëàêîâ èìååò ìåñòî äîñòàòî÷íî øèðîêèé íàáîð âîçìîæíîñòåé.  öåëîì ìîæíî ñêàçàòü, ÷òî ïðèñóòñòâèå îáëàêîâ äåëàåò òå÷åíèå ãàçà çíà÷èòåëüíî áîëåå ðàçíîîáðàçíûì, ÷åì â ñëó÷àå òîëüêî ðàçðåæåííîãî êîìïîíåíòà.
Ãëàâà 2 Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû Ñïåêòð èçëó÷åíèÿ ãàçà, âîçìóù¼ííîãî óäàðíîé âîëíîé, îïðåäåëÿåòñÿ èîíèçàöèîííîé è òåïëîâîé ñòðóêòóðîé òå÷åíèÿ â öåëîì. Äëÿ êðàòêîñòè â ýòîé ãëàâå ïîä óäàðíîé âîëíîé ìû áóäåì ïîíèìàòü âñþ îáëàñòü âîçìóù¼ííîãî ãàçà, à íå òîëüêî âÿçêèé ñêà÷îê. Óçêàÿ îáëàñòü âÿçêîãî ñêà÷êà íå âëèÿåò íà ñïåêòð èçëó÷åíèÿ, ïîýòîìó ìû áóäåì å¼ òðàêòîâàòü â êëàññè÷åñêîì ñòèëå, êàê ðàçðûâ èîííîé òåìïåðàòóðû, ñêîðîñòè è ïëîòíîñòè ãàçà. Ìû íå áóäåì òàêæå ðàçëè÷àòü ñêîðîñòè èîíîâ è ýëåêòðîíîâ, íî ïðèìåì âî âíèìàíèå äâà ôàêòîðà, ñïîñîáíûå, â ïðèíöèïå, äàòü îïðåäåë¼ííûé âêëàä â èçëó÷åíèå. Ýòî ðàçëè÷èå òåìïåðàòóðû èîíîâ è ýëåêòðîíîâ, à òàêæå ýëåêòðîííàÿ òåïëîïðîâîäíîñòü. Êðîìå òîãî, ìû ðàññìîòðèì âëèÿíèå ôîòîèîíèçàöèè íà èçëó÷åíèå ãàçà â ëèíèÿõ ðåçîíàíñíûõ ïåðåõîäîâ âîäîðîäî è ãåëèåïîäîáíûõ èîíîâ æåëåçà. Âñå ïåðå÷èñëåííûå ôàêòîðû âàæíû èìåííî â óñëîâèÿõ ñòàëêèâàþùèõñÿ çâ¼çäíûõ âåòðîâ îò ãîðÿ÷èõ çâ¼çä.
31
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
32
2.1 Ðàñ÷¼ò âûñâå÷èâàíèÿ óäàðíîé âîëíû ñ ó÷¼òîì ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè è îáìåíîì ýíåðãèåé ìåæäó èîíàìè è ýëåêòðîíàìè Âëèÿíèå ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè íà ñòðóêòóðó óäàðíîé âîëíû ñ ó÷¼òîì ðàçëè÷èÿ èîííîé è ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóð âïåðâûå áûëî èçó÷åíî Øàôðàíîâûì [78], â ñòàòüå ïðèâåä¼í òîëüêî îêîí÷àòåëüíûé ðåçóëüòàò. Ìû â ñâîåé ðàáîòå ñíà÷àëà íàøëè àíàëèòè÷åñêîå ðåøåíèå çàäà÷è, êîòîðîé çàíèìàëñÿ Øàôðàíîâ, à çàòåì èññëåäîâàëè âëèÿíèå ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè íà ñòðóêòóðó óäàðíîé âîëíû ñ ó÷¼òîì ðàçëè÷èÿ ýëåêòðîííîé è èîííîé òåìïåðàòóð è âûñâå÷èâàíèÿ ïðîçðà÷íîãî ãàçà ïóò¼ì òîðìîçíîãî èçëó÷åíèÿ. Çàäà÷à ñ âûñâå÷èâàíèåì áîëåå ñëîæíàÿ, è ïîñòðîèòü àíàëèòè÷åñêîå ðåøåíèå íà âñåé îáëàñòè òå÷åíèÿ îêàçàëîñü íåâîçìîæíûì. Ïðîöåññû ðàäèàöèîííîãî îõëàæäåíèÿ èãðàþò âàæíóþ ðîëü â àñòðîôèçèêå, âî ìíîãîì îïðåäåëÿÿ ñïåêòð èçëó÷åíèÿ íàãðåòîãî ãàçà. Âëèÿíèå òåïëîïðîâîäíîñòè íà îõëàæäåíèå ðàñò¼ò ñ óâåëè÷åíèåì ñêîðîñòè óäàðíîé âîëíû. Ïîýòîìó çäåñü íàñ èíòåðåñóþò äîñòàòî÷íî áûñòðûå ïîòîêè ãàçà, õàðàêòåðíûå, íàïðèìåð, äëÿ âñïûøåê ñâåðõíîâûõ, âåòðîâ îò O è WRçâ¼çä, ÿäåð àêòèâíûõ ãàëàêòèê. Ñòðóêòóðà òå÷åíèÿ â ðàññìàòðèâàåìîé çàäà÷å îïðåäåëÿåòñÿ, ãëàâíûì îáðàçîì, ñêîðîñòüþ u0 è ïëîòíîñòüþ n0 íåâîçìóù¼ííîãî ãàçà. Äëÿ óêàçàííûõ âûøå ïðèëîæåíèé òèïè÷åí äèàïàçîí
3000 êì/ñ < u0 < 10 000 êì/ñ ,
11 < lg n0 < 15,
(2.1)
ïðè÷¼ì n0 âûðàæàåòñÿ â ñì−3 .  ðàáîòå ìû ïðèíèìàëè âî âíèìàíèå âûñâå÷èâàíèå òîëüêî ïóò¼ì òîðìîçíîãî èçëó÷åíèÿ. Îòñþäà ñëåäóåò íèæíèé ïðåäåë u0 : ïðè ñêîðîñòÿõ ôðîíòà ìåíüøèõ, ÷åì 3000 êì/ñ, çàìåòíûé âêëàä â îõëàæäåíèå ìîæåò äàâàòü âîçáóæäåíèå èîíîâ æåëåçà. Äàëåå, ìû ïîëüçîâàëèñü íåðåëÿòèâèñòñêèì ïðèáëèæåíèåì äëÿ ñå÷åíèé âñåõ ýëåìåíòàðíûõ ïðîöåññîâ. Ýòî ïðèáëèæåíèå îïðåäåëÿåò îãðàíè÷åíèå ñêîðîñòè íåâîçìóù¼ííîãî ãàçà ñâåðõó: u0 < 10 000 êì/ñ. Òåìïåðàòóðà
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
33
íåâîçìóù¼ííîãî ãàçà T0 , êàê ïðàâèëî, íå ïðåâûøàåò (1 − 2) × 104 K, ÷òî ïî êðàéíåé ìåðå íà ÷åòûðå ïîðÿäêà ìåíüøå, ÷åì òåìïåðàòóðà ãàçà íà ôðîíòå. Ïîýòîìó ìû ïðèìåíÿåì ïðèáëèæåíèå áåñêîíå÷íî ñèëüíîé óäàðíîé âîëíû, â êîòîðîì äàâëåíèå íåâîçìóù¼ííîãî ãàçà ïîëàãàåòñÿ ðàâíûì íóëþ. Ïðèâåä¼ì îñíîâíûå îáëàñòè òå÷åíèÿ. Íà ðèñ. 2.1 ñõåìàòè÷åñêè (áåç ñîáëþäåíèÿ ìàñøòàáîâ) âíèçó èçîáðàæåíû ÷åòûðå îñíîâíûå îáëàñòè òå÷åíèÿ ãàçà. Äëÿ ñðàâíåíèÿ ââåðõó ïðèâåä¼í ðåçóëüòàò, ïîëó÷åííûé Øàôðàíîâûì áåç ó÷¼òà âûñâå÷èâàíèÿ ïðîçðà÷íîãî ãàçà ïóò¼ì òîðìîçíîãî èçëó÷åíèÿ. Èç ðàáîòû Øàôðàíîâà èçâåñòíî, ÷òî â
Ti Te
2 0
3 Mu 32 k
Te
Ti
W W Ti Te
2 0
3 Mu 32 k
Ti
W I
W II
III
IIIa
IV
Ðèñ. 2.1: Îñíîâíûå îáëàñòè òå÷åíèÿ. Ââåðõó èç ñòàòüè Øàôðàíîâà, âíèçó ñ ó÷¼òîì âûñâå÷èâàíèÿ ïðîçðà÷íîãî ãàçà ïóò¼ì òîðìîçíîãî èçëó÷åíèÿ.
ñëó÷àå áåñêîíå÷íî ñèëüíîé óäàðíîé âîëíû ýëåêòðîííàÿ òåìïåðàòóðà
Te îáðàùàåòñÿ â íóëü íà êîíå÷íîì ðàññòîÿíèè ïåðåä âÿçêèì ñêà÷êîì. Ýòó îáëàñòü ìû îáîçíà÷èì I. Çäåñü ýëåêòðîíû íàãðåâàþòñÿ áëàãîäàðÿ
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
34
òåïëîïðîâîäíîñòè. Òåïëîâîé ïîòîê W óìåíüøàåòñÿ îò çíà÷åíèÿ, ðàâíîãî íóëþ, óâåëè÷èâàÿñü ïî àáñîëþòíîé âåëè÷èíå. Òåìïåðàòóðà ïðîòîíîâ Tp ìåäëåííî óâåëè÷èâàåòñÿ, îñòàâàÿñü çíà÷èòåëüíî ìåíüøå, ÷åì Te . Íàãðåâ ïðîòîíîâ ïðîèñõîäèò, â îñíîâíîì, çà ñ÷¼ò îáìåíà ýíåðãèåé ñ ýëåêòðîíàìè. Íà ôðîíòå, êîòîðûé îáîçíà÷åí íà ðèñóíêå âåðòèêàëüíîé ñòðåëêîé, çíà÷åíèÿ âñåõ âåëè÷èí, êðîìå Te , ìåíÿþòñÿ ñêà÷êîì. Ñêà÷îê òåïëîâîãî ïîòîêà W ïðèâîäèò ê èçëîìó ãðàôèêà ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóðû â òî÷êå ôðîíòà. Ïðîòîíû ñòàíîâÿòñÿ ãîðÿ÷åå ýëåêòðîíîâ, à òåïëîâîé ïîòîê óâåëè÷èâàåòñÿ, îñòàâàÿñü îòðèöàòåëüíûì, òî åñòü óìåíüøàåòñÿ ïî àáñîëþòíîé âåëè÷èíå. Ýëåêòðîííàÿ òåìïåðàòóðà ñïðàâà îò ôðîíòà ìåíÿåòñÿ íåìîíîòîííî: ñíà÷àëà îíà ðàñò¼ò, â îñíîâíîì, çà ñ÷¼ò îáìåíà ýíåðãèåé ñ ïðîòîíàìè, à çàòåì ïàäàåò âñëåäñòâèå âûñâå÷èâàíèÿ. Ó÷àñòîê ðîñòà Te ñïðàâà îò ôðîíòà îáîçíà÷èì II.  òî÷êå ìàêñèìóìà Te òåïëîâîé ïîòîê ïðîäîëæàåò ðàñòè, ïðîõîäÿ ÷åðåç íóëü. Åãî óâåëè÷åíèå îáóñëîâëåíî, ãëàâíûì îáðàçîì, ïðåâûøåíèåì ñêîðîñòè îáìåíà íàä òåìïîì âûñâå÷èâàíèÿ. Ñêîðîñòü îáìåíà ïîñòåïåííî óìåíüøàåòñÿ, ÷òî ïðèâîäèò ê ïàäåíèþ ãðàäèåíòà ïîòîêà, è â íåêîòîðîé òî÷êå âåëè÷èíà W äîñòèãàåò ìàêñèìóìà. Îáëàñòü ìåæäó ìàêñèìóìàìè
Te è W îáîçíà÷èì III. Ïðè íåáîëüøèõ çíà÷åíèÿõ ïîêàçàòåëÿ âûñâå÷èâàíèÿ ξ , êîòîðûé ââîäèòñÿ íèæå ñîîòíîøåíèåì (2.56), â ýòîé îáëàñòè òåìïåðàòóðû èîíîâ è ýëåêòðîíîâ óæå ñòàíîâÿòñÿ ïðàêòè÷åñêè ðàâíûìè.  îáëàñòè IV ïðîèñõîäèò îõëàæäåíèå ïðè ìîíîòîííîì óìåíüøåíèè ïîòîêà òåïëà, ïðè÷¼ì â ïðèáëèæåíèè ïîëíîñòüþ èîíèçîâàííîãî ãàçà òåìïåðàòóðà îáðàùàåòñÿ â íóëü íà êîíå÷íîì ðàññòîÿíèè îò ôðîíòà. Åñëè òåìïåðàòóðû íå âûðîâíÿëèñü íà ïðåäûäóùåé ñòàäèè, òî â íà÷àëå îáëàñòè IV ìîæåò ïðîèñõîäèòü îêîí÷àòåëüíûé âûõîä íà îäíîòåìïåðàòóðíûé ðåæèì. Íà ðèñ. 2.1 ïåðåõîäíàÿ îáëàñòü îáîçíà÷åíà IIIà. Ïðè ìàëûõ çíà÷åíèÿõ ïàðàìåòðà âûñâå÷èâàíèÿ ξ îíà ìîæåò îòñóòñòâîâàòü. Èç ðèñ. 2.1 õîðîøî âèäíî, ÷òî âûñâå÷èâàíèå ãàçà ïóò¼ì òîðìîçíîãî èçëó÷åíèÿ ïðèíöèïèàëüíî ìåíÿåò õàðàêòåð òå÷åíèÿ ãàçà. Âî-ïåðâûõ, óñòàíîâèâøååñÿ çíà÷åíèå òåìïåðàòóðû ïîçàäè âÿçêîãî ñêà÷êà óæå íå
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
35
îïðåäåëÿåòñÿ àäèàáàòîé Ãþãîíèî: åñëè íåò äîïîëíèòåëüíûõ èñòî÷íèêîâ íàãðåâà, òî òåìïåðàòóðà, ïðîéäÿ ÷åðåç ìàêñèìóì, çàòåì ïàäàåò äî íóëÿ. Âî-âòîðûõ, ïî ìåðå îõëàæäåíèÿ ãàç ñæèìàåòñÿ ñîñåäíèìè, åùå íå îñòûâøèìè ñëîÿìè; â ðåçóëüòàòå åãî ïëîòíîñòü ðàñò¼ò ïðèáëèçèòåëüíî èçîáàðè÷åñêè.
2.1.1 Ñòàöèîíàðíûå óðàâíåíèÿ äâèæåíèÿ ïîëíîñòüþ èîíèçîâàííîãî âîäîðîäà ñ ó÷¼òîì ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè è îáìåíà ýíåðãèåé ìåæäó èîíàìè è ýëåêòðîíàìè Óðàâíåíèå íåïðåðûâíîñòè
 ïîëíîñòüþ èîíèçîâàííîì âîäîðîäå ïðè îòñóòñòâèè ïðîöåññîâ èîíèçàöèè è ðåêîìáèíàöèè ñïðàâåäëèâû óðàâíåíèÿ íåïðåðûâíîñòè äëÿ ïðîòîíîâ
np up = np0 up0 = jp
(2.2)
ne ue = ne0 ue0 = je .
(2.3)
è äëÿ ýëåêòðîíîâ Çäåñü íå çàâèñÿùèå îò êîîðäèíàòû ïîòîêè jp è je âûðàæàþòñÿ ÷åðåç ôîíîâûå çíà÷åíèÿ ïëîòíîñòè ÷èñëà ïðîòîíîâ np0 , ýëåêòðîíîâ ne0 è èõ ñêîðîñòåé up0 è ue0 .  ãèäðîäèíàìè÷åñêîì ïðèáëèæåíèè (2.2) è (2.3) ñâîäÿòñÿ ê îäíîìó óðàâíåíèþ. Âîïåðâûõ, ãèäðîäèíàìè÷åñêîå ïðèáëèæåíèå ïðåäïîëàãàåò âûïîëíåííûì óñëîâèå ýëåêòðîíåéòðàëüíîñòè, êîòîðîå ñâÿçûâàåò äðóã ñ äðóãîì èîííóþ è ýëåêòðîííóþ ïëîòíîñòè:
ne = np = n .
(2.4)
Äàëåå, ïðè ðàçäåëåíèè çàðÿäîâ âîçíèêàåò ýëåêòðîñòàòè÷åñêîå ïîëå, óâëåêàþùåå ÷àñòèöû ïðîòèâîïîëîæíîãî çíàêà äðóã çà äðóãîì.  ñèëó ýòîãî íàïðàâëåííûå ñêîðîñòè èîíîâ è ýëåêòðîíîâ â ãèäðîäèíàìè÷åñêîì ïðèáëèæåíèè ïðèíèìàþòñÿ îäèíàêîâûìè:
ue = up = u .
(2.5)
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
36
Èç (2.2)(2.5) ñëåäóåò
ne ue = np up = n0 u0 = j .
(2.6)
Çäåñü n0 è u0 ôîíîâûå çíà÷åíèÿ ïëîòíîñòè ÷èñëà ÷àñòèö è ñêîðîñòè,
j ïëîòíîñòü ïîòîêà. Óðàâíåíèå äâèæåíèÿ
Óðàâíåíèÿ äâèæåíèÿ äëÿ ïðîòîíîâ è ýëåêòðîíîâ â òîì æå ãèäðîäèíàìè÷åñêîì
ïðèáëèæåíèè
äëÿ
ïîëíîñòüþ
èîíèçîâàííîãî
âîäîðîäà èìåþò âèä:
mn
due dpe =− − enE , dt dx
(2.7)
dup dpp =− + enE , (2.8) dt dx Çäåñü pp è pe äàâëåíèÿ ïðîòîíîâ è ýëåêòðîíîâ ñîîòâåòñòâåííî, E íàïðÿæ¼ííîñòü ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî ïîëÿ, âûçâàííîãî ðàçäåëåíèåì Mn
çàðÿäîâ, e ýëåìåíòàðíûé çàðÿä, m ìàññà ýëåêòðîíà, M ìàññà ïðîòîíà. Âîîáùå ãîâîðÿ, äëÿ âû÷èñëåíèÿ E íåîáõîäèìî äîïîëíèòü (2.7) è (2.8) óðàâíåíèÿìè Ìàêñâåëëà. Îäíàêî â äàííîì ñëó÷àå ïðèñóòñòâóåò óïðîùàþùåå îáñòîÿòåëüñòâî, ñâÿçàííîå ñ ìàëîé âåëè÷èíîé îòíîøåíèÿ
m/M = 1/1836.  ñàìîì äåëå, ñëàãàåìûå â ïðàâûõ ÷àñòÿõ (2.7) è (2.8) ñðàâíèìû ïî ïðÿäêó âåëè÷èíû, à îòíîøåíèå ëåâûõ ÷àñòåé ýòèõ óðàâíåíèé ðàâíî 1/1836. Ïîýòîìó ñëàãàåìûå â ïðàâîé ÷àñòè (2.7) ïî÷òè êîìïåíñèðóþò äðóã äðóãà, îòêóäà ïîëó÷àåì âûðàæåíèå äëÿ E ÷åðåç ãðàäèåíò ýëåêòðîííîãî äàâëåíèÿ:
enE = −
dpe . dx
(2.9)
Ïîäñòàâèâ ïîëó÷åííîå çíà÷åíèå E â (2.8) ñ ó÷¼òîì (2.4), ïðèõîäèì ê ñëåäóþùåé ôîðìå óðàâíåíèÿ äâèæåíèÿ:
Mn
du d(pp + pe ) =− . dt dx
(2.10)
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
37
Ñóììó ïðîòîííîãî è ýëåêòðîííîãî äàâëåíèÿ ïðèíÿòî íàçûâàòü ïîëíûì äàâëåíèåì p:
p = pp + pe .
(2.11)
Óðàâíåíèå (2.10) ñ ó÷¼òîì (2.11) ïðèíèìàåò âèä
ρ
du dp =− , dt dx
(2.12)
ãäå ρ = M n ïëîòíîñòü ãàçà. Èç (2.10) ñëåäóåò, â ÷àñòíîñòè, ÷òî ïëàçìà ïîä÷èíÿåòñÿ çàêîíó Äàëüòîíà è âåä¼ò ñåáÿ êàê èäåàëüíûé ãàç.  ñòàöèîíàðíîì ñëó÷àå ëåâàÿ ÷àñòü (2.12) ðàâíà ρu du/dx, è â ñèëó ïîñòîÿíñòâà ïîòîêà ρu óðàâíåíèå äâèæåíèÿ ìîæåò áûòü çàïèñàíî â àëãåáðàè÷åñêîé ôîðìå
ρu2 + p = ρ0 u20 + p0 .
(2.13)
Çäåñü èíäåêñîì 0 ïîìå÷åíû ôîíîâûå çíà÷åíèÿ ïëîòíîñòè, ñêîðîñòè è ñóììàðíîãî äàâëåíèÿ. Äàâëåíèÿ ïðîòîííîãî è ýëåêòðîííîãî êîìïîíåíòîâ ïëàçìû ìîãóò áûòü ðàçíûìè âñëåäñòâèå ðàçëè÷èÿ ìåæäó òåìïåðàòóðàìè ïðîòîíîâTp è ýëåêòðîíîâ Te . Ïëàçìà, â êîòîðîé ïðîòîíû è ýëåêòðîíû òåðìàëèçîâàíû, íî íàãðåòû â ðàçíîé ñòåïåíè, íàçûâàåòñÿ äâóõòåìïåðàòóðíîé. Äàâëåíèå êàæäîãî êîìïîíåíòà âûðàæàåòñÿ ÷åðåç åãî ïëîòíîñòü è òåìïåðàòóðó ïî ôîðìóëå Êëàïåéðîíà
pk = nTk ,
(2.14)
ãäå èíäåêñ k îáîçíà÷àåò p èëè e. Ñóììàðíîå äàâëåíèå ÷àñòî çàïèñûâàþò â ôîðìå, ïîäîáíîé (2.14), ââîäÿ äëÿ ýòîãî òàê íàçûâàåìóþ ñóììàðíóþ òåìïåðàòóðó Σ:
Σ = T p + Te .
(2.15)
Ñóììàðíîå äàâëåíèå ìîæíî âûðàçèòü ÷åðåç ñóììàðíóþ òåìïåðàòóðó ïî ôîðìóëå, àíàëîãè÷íîé ôîðìóëå Êëàïåéðîíà:
p = np Σ .
(2.16)
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
38
Íåîáõîäèìî èìåòü â âèäó ðàçëè÷èå ìåæäó ôîðìóëàìè (2.14) è (2.16). Ôîðìóëà (2.14) èìååò ñìûñë êàê óðàâíåíèå ñîñòîÿíèÿ èäåàëüíîãî ãàçà, â òî âðåìÿ êàê (2.16) ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïðîñòî áîëåå óäîáíóþ ôîðìó óðàâíåíèÿ (2.11). Óðàâíåíèå ýíåðãèè
Óðàâíåíèå ýíåðãèè ñëåäóåò èç ïåðâîãî çàêîíà òåðìîäèíàìèêè
dE + pdV = dQ .
(2.17)
Çäåñü dE èçìåíåíèå âíóòðåííåé ýíåðãèè íåêîòîðîé ìàññû ãàçà, dV èçìåíåíèå å¼ îáú¼ìà, dQ âåëè÷èíà ïåðåäàííîãî åé òåïëà, p äàâëåíèå ãàçà. Ôîðìà çàïèñè óðàâíåíèÿ (2.17) çàâèñèò îò ñïîñîáà îïðåäåëåíèÿ îáú¼ìà V . Íèæå ìû áóäåì çàïèñûâàòü âñå àääèòèâíûå âåëè÷èíû E ,
V è Q â ðàñ÷¼òå íà îäèí èîí. Îáú¼ì ãàçà, ïðèõîäÿùèéñÿ íà îäèí èîí â ïîëíîñòüþ èîíèçîâàííîì âîäîðîäå, ðàâåí 1/n. Âíóòðåííþþ ýíåðãèþ, ðàcc÷èòàííóþ íà îäèí èîí, îáîçíà÷èì ÷åðåç E , à êîëè÷åñòâî ïåðåäàííîãî òåïëà ÷åðåç R.  ðàññìàòðèâàåìîé çàäà÷å óäîáíî ïîëüçîâàòüñÿ ñóáñòàíöèîíàëüíîé ïðîèçâîäíîé ïî âðåìåíè d/dt, òàê êàê â ñëó÷àå ñòàöèîíàðíîãî îäíîìåðíîãî òå÷åíèÿ îíà ïðîñòûì îáðàçîì ñâÿçàíà ñ ïðîèçâîäíîé ïî êîîðäèíàòå:
d d =u . dt dx
(2.18)
 äâóõòåìïåðàòóðíîé ïëàçìå óðàâíåíèé ýíåðãèè äâà: äëÿ èîíîâ
dEp d(1/n) dRp + pp = dt dt dt
(2.19)
è äëÿ ýëåêòðîíîâ
dEe d(1/n) dRe + pe = . (2.20) dt dt dt Îòòîê èëè ïðèòîê òåïëà ê èîíàì ïðîèñõîäèò òîëüêî ïóò¼ì îáìåíà
ýíåðãèåé ñ ýëåêòðîíàìè:
dRp = Ωn , dt
(2.21)
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
39
ãäå Ω íåçàâèñÿùàÿ îò ïëîòíîñòè ôóíêöèÿ èîííîé è ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóð. ßâíîå âûðàæåíèå äëÿ Ω áóäåò ïðèâåäåíî íèæå. Òåïëî, ïåðåäàâàåìîå ýëåêòðîííîìó êîìïîíåíòó, ðàâíî
dRe 1 dW = −(Ω + Q) n − , dt n dx
(2.22)
ãäå Q êîýôôèöèåíò èçëó÷åíèÿ, Ω ïîòåðè ýëåêòðîíîâ ïðè óïðóãèõ ñòîëêíîâåíèÿõ ñ èîíàìè â ðàñ÷¼òå íà îäèí èîí è îäèí ýëåêòðîí, à ïîñëåäíåå ñëàãàåìîå îïðåäåëÿåòñÿ ãðàäèåíòîì ïîòîêà òåïëà W , âûçâàííîãî ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòüþ. Ïîòîê òåïëà ïðîïîðöèîíàëåí ãðàäèåíòó ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóðû:
W = −χ
dTe . dx
(2.23)
Ôîðìóëó äëÿ êîýôôèöèåíòà òåïëîïðîâîäíîñòè χ ìû âûïèøåì íèæå. Âíóòðåííÿÿ ýíåðãèÿ èîíîâ è ýëåêòðîíîâ ñîîòâåòñòâåííî ðàâíà:
Ep =
3 kTp , 2
Ee =
3 kTe , 2
(2.24)
çäåñü k ïîñòîÿííàÿ Áîëüöìàíà. Ñ ó÷¼òîì (2.21)(2.22) óðàâíåíèÿ ýíåðãèè ïðèíèìàþò ñëåäóþùèé âèä:
dEp d(1/n) + pp = Ωn , dt dt
(2.25)
d(1/n) 1 dW dEe + pe = −(Ω + Q) n − . (2.26) dt dt n dx Íàïèøåì óðàâíåíèÿ ýíåðãèè â ôîðìå, ãäå ÿñíî áóäåò âèäíà ñâÿçü ìåæäó èçìåíåíèåì ïîòîêà ýíåðãèè è ðàáîòîé ñèë ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî ïîëÿ. Äëÿ ýòîãî óìíîæèì óðàâíåíèå (2.26) íà n, ïåðåéä¼ì ïî ôîðìóëå (2.18) ê äèôôåðåíöèðîâàíèþ ïî êîîðäèíàòå dx è íàïèøåì òîæäåñòâî
d(pe u) = pe du + udpe . Â ðåçóëüòàòå ïðèõîäèì ê óðàâíåíèþ ýíåðãèè äëÿ ýëåêòðîíîâ: ¶ µ d 3 dpe jkTe + pe u + W = u − (Ω + Q) n2 . dx 2 dx
(2.27)
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
40
Ýòî óðàâíåíèå èìååò ÿñíûé ôèçè÷åñêèé ñìûñë. Ñëåâà ñòîèò èçìåíåíèå ïîòîêà ýíåðãèè ýëåêòðîíîâ, ñêëàäûâàþùååñÿ èç ìåõàíè÷åñêîãî ïåðåíîñà òåïëîâîé ýíåðãèè (ïåðâîå ñëàãàåìîå), ðàáîòû ñèë ýëåêòðîííîãî äàâëåíèÿ (âòîðîå ñëàãàåìîå) è ïîòîêà òåïëà çà ñ÷¼ò ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè (òðåòüå ñëàãàåìîå). Ïåðâîå ñëàãàåìîå â ïðàâîé ÷àñòè (2.27) ðàâíî ðàáîòå ñèë ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî ïîëÿ, êàê ýòî ñëåäóåò èç (2.9), à âòîðîå îïèñûâàåò îáìåí ýíåðãèåé ñ ïðîòîíàìè è ïîòåðè íà âûñâå÷èâàíèå. Óðàâíåíèå (2.27) ìîæíî óïðîñòèòü, âîñïîëüçîâàâøèñü óðàâíåíèåì (2.14) èäåàëüíîãî ãàçà. Ïåðâîå è âòîðîå ñëàãàåìûå â ëåâîé ÷àñòè îáúåäèíÿþòñÿ, è â ðåçóëüòàòå ïîëó÷àåì µ ¶ d 5 dpe jkTe + W = u − (Ω + Q) n2 . dx 2 dx
(2.28)
Àíàëîãè÷íûì ïóò¼ì ïðèõîäèì ê ñëåäóþùåé ôîðìå óðàâíåíèÿ äëÿ ýíåðãèè ïðîòîíîâ:
d dpe (jEp + pp u) = u + Ωn2 . dx dx
(2.29)
Äëÿ òîãî, ÷òîáû â í¼ì ïîÿâèëîñü ñëàãàåìîå, ðàâíîå ðàáîòå ñèë ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî ïîëÿ, íåîáõîäèìî ïåðåïèñàòü åãî ïðàâóþ ÷àñòü ÷åðåç ãðàäèåíò åãî ýëåêòðîííîãî äàâëåíèÿ. Èç (2.6), (2.11) è (2.13) ñëåäóåò
µ
u2 udpp = −udpe − jM d 2
¶ .
(2.30)
Ïîäñòàâèâ (2.30) â (2.29), ïîëó÷èì îêîí÷àòåëüíóþ ôîðìó óðàâíåíèÿ ýíåðãèè äëÿ ïðîòîíîâ: µ ¶ d 5 M u2 dpe jkTp + j = −u + Ωn2 . dx 2 2 dx
(2.31)
Çäåñü ïåðâîå ñëàãàåìîå â ïðàâîé ÷àñòè òàêæå ðàâíî ðàáîòå ñèë ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî ïîëÿ. Ñóììà óðàâíåíèé äëÿ èîíîâ è ýëåêòðîíîâ ïðèâîäèò ê óðàâíåíèþ âòîðîãî ïîðÿäêà ¶ µ M u2 d 5 jkΣ + j + W = −Qn2 . dx 2 2
(2.32)
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
ßâíûå âûðàæåíèÿ äëÿ ñêîðîñòè òåïëîïðîâîäíîñòè è èçëó÷åíèÿ
îáìåíà
è
41
êîýôôèöèåíòîâ
Ñêîðîñòü îáìåíà Ωn ðàâíà [79] 3 Te − T p . (2.33) Ωn = k 2 τ Çíàìåíàòåëü τ èìååò ñìûñë ìàñøòàáà âðåìåíè, â òå÷åíèå êîòîðîãî ñóùåñòâåííî èçìåíÿåòñÿ ýëåêòðîííàÿ òåìïåðàòóðà; îí çàâèñèò îò ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóðû è ïðèáëèçèòåëüíî îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëåí ïëîòíîñòè:
3/2
Ô(Te ) 3M (kTe ) τ= , Ô(Te ) = √ , (2.34) nL 8 2πme4 ãäå e ýëåìåíòàðíûé çàðÿä è L êóëîíîâñêèé ëîãàðèôì, î÷åíü ñëàáî, 3/2
êàê ln n1/2 , çàâèñÿùèé îò ïëîòíîñòè è êàê ln Te
îò ýëåêòðîííîé
òåìïåðàòóðû.  ðåàëüíûõ óñëîâèÿõ êîñìè÷åñêîé ïëàçìû âåëè÷èíà L ëåæèò â äèàïàçîíå îò 25 äî 30. Êîýôôèöèåíò òåïëîïðîâîäíîñòè ðàâåí µ ¶3/2 2 k(kTe )5/2 √ 4 . χ = 1, 8 (2.35) π me L  ïîëíîñòüþ èîíèçîâàííîì âîäîðîäå îõëàæäåíèå îïðåäåëÿåòñÿ ðàäèàòèâíîé ðåêîìáèíàöèåé è òîðìîçíûì èçëó÷åíèåì. Îáà ìåõàíèçìà äàþò ïðèáëèçèòåëüíî îäèíàêîâûé âêëàä ïðè òåìïåðàòóðå T = 104 K. Ñêîðîñòü ðåêîìáèíàöèè áûñòðî, ïðîïîðöèîíàëüíîT −3/2 , ïàäàåò ñ ðîñòîì òåìïåðàòóðû ïðè T > 105 K, à òîðìîçíîå èçëó÷åíèå, íàîáîðîò, ðàñò¼ò êàê
T 1/2 .  ýòîì ðàçäåëå ìû îãðàíè÷èìñÿ ñâîáîäíîñâîáîäíûìè ïåðåõîäàìè, à ðåêîìáèíàöèîííîå èçëó÷åíèå ðàññìîòðèì ïîçäíåå, âìåñòå ñ äðóãèìè ïðîöåññàìè, îïðåäåëÿþùèìè ñîñòîÿíèå èîíèçàöèè âîäîðîäà. Ðåçóëüòàòû äàííîãî ðàçäåëà ïðèìåíèìû ê âûñîêîòåìïåðàòóðíîé ïëàçìå.  ñëó÷àå ïîëíîñòüþ èîíèçîâàííîãî âîäîðîäà âåëè÷èíà Q ðàâíà √ 64π 3/2 e6 g kT Q= √ . (2.36) 3 6m3/2 c3 h Çäåñü e ýëåìåíòàðíûé çàðÿä, k ïîñòîÿííàÿ Áîëüöìàíà, m ìàññà ýëåêòðîíà, c ñêîðîñòü ñâåòà, h ïîñòîÿííàÿ Ïëàíêà, g ìíîæèòåëü Ãàóíòà.
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
42
Áåçðàçìåðíàÿ ôîðìà óðàâíåíèé
Ïðåîáðàçîâàíèå
ñèñòåìû
óðàâíåíèé
ê
áåçðàçìåðíîé
ôîðìå
çàêëþ÷àåòñÿ â ñëåäóþùåì. Êàæäóþ ðàçìåðíóþ âåëè÷èíó Y
ìû
ïðåäñòàâëÿåì êàê ïðîèçâåäåíèå
Y = Ym Ye
(2.37)
ìàñøòàáíîãî ìíîæèòåëÿ Ym íà áåçðàçìåðíóþ âåëè÷èíó Ye . Ïðè óäà÷íîì âûáîðå ìàñøòàáíûõ ìíîæèòåëåé ñèñòåìà óðàâíåíèé ìîæåò ñòàòü çíà÷èòåëüíî ïðîùå. Ñîãëàñíî îáùåé òåîðèè ðàçìåðíîñòè, ìû äîëæíû ââåñòè ÷åòûðå îñíîâíûõ
ìàñøòàáíûõ
ìíîæèòåëÿ
ñ
íåçàâèñèìîé
ðàçìåðíîñòüþ.
Îñòàëüíûå, òàê íàçûâàåìûå ïðîèçâîäíûå ìàñøòàáíûå ìíîæèòåëè âûðàæàþòñÿ ÷åðåç îñíîâíûå. Ýòà îïåðàöèÿ ìîæåò áûòü ïðîâåäåíà ìíîãèìè ñïîñîáàìè, íî â íàøèõ èíòåðåñàõ âûïîëíèòü å¼ òàê, ÷òîáû äîáèòüñÿ ìàêñèìàëüíîãî óïðîùåíèÿ óðàâíåíèé â áåçðàçìåðíîé ôîðìå.  êà÷åñòâå òð¼õ îñíîâíûõ ìàñøòàáíûõ ìíîæèòåëåé ìû âîçüì¼ì ïëîòíîñòü ÷èñëà ÷àñòèö nm , ñêîðîñòü um è ìàññó mm . ×èñëåííî um è
nm ïîëîæèì ðàâíûìè ôîíîâûì çíà÷åíèÿì ñêîðîñòè è ïëîòíîñòè ÷èñëà ÷àñòèö ñîîòâåòñòâåííî: um = u0 , nm = n0 ,
(2.38)
ìàñøòàá ìàññû ìàññå ïðîòîíà
mm = M ,
(2.39)
à ÷åòâ¼ðòûé ìàñøòàáíûé ìíîæèòåëü ïîñòîÿííîé Áîëüöìàíà k . Ïðè òàêîì âûáîðå ìàñøòàáîâ ïëîòíîñòè è ñêîðîñòè áåçðàçìåðíîå óðàâíåíèå äëÿ ïîòîêà ÷àñòèö
n eu e=1,
(2.40)
ñëåäóþùåå èç (2.6), (2.37), (2.38) è (2.39), âîâñå íå ñîäåðæèò ïàðàìåòðîâ. Äëÿ çàïèñè â áåçðàçìåðíîé ôîðìå óðàâíåíèÿ Ýéëåðà (2.13) íåîáõîäèìî ââåñòè ïðîèçâîäíûå ìàñøòàáû ïëîòíîñòè ρm è äàâëåíèÿ pm .
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
43
Ïîëîæèì
pm = ρm u2m .
ρm = M n m ,
(2.41)
Ñ òàêèì âûáîðîì ìàñøòàáíûõ ìíîæèòåëåé óðàâíåíèå (2.13) ïðèíèìàåò âèä:
pe + u e=1+β .
(2.42)
Çäåñü ìû ââåëè áåçðàçìåðíûé ïàðàìåòð β , ðàâíûé îòíîøåíèþ ôîíîâîãî äàâëåíèÿ ê äèíàìè÷åñêîìó íàïîðó:
β=
p0 . ρ0 u20
(2.43)
 ðàññìàòðèâàåìîì íàìè ñëó÷àå áåñêîíå÷íî ñèëüíîé óäàðíîé âîëíûβ =
0 è óðàâíåíèå (2.42) çàïèøåòñÿ â âèäå pe + u e=1.
(2.44)
Äëÿ çàïèñè óðàâíåíèé ýíåðãèè ââåä¼ì ìàñøòàáû òåìïåðàòóðû
Tm =
M u2m , k
(2.45)
âðåìåíè
tm = τ (Tm , nm ) ,
(2.46)
ïðîñòðàíñòâåííîé êîîðäèíàòû
xm = um tm ,
(2.47)
Wm = ρm u3m ,
(2.48)
ïîòîêà ýíåðãèè êîýôôèöèåíòà òåïëîïðîâîäíîñòè
χm =
W m xm Tm
(2.49)
è êîýôôèöèåíòà Ωm â ñêîðîñòè îáìåíà ýíåðãèåé
M u2m Ωm = . tm nm Ìàñøòàáíûé ìíîæèòåëü Qm ðàâåí Ωm .
(2.50)
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
44
Áåçðàçìåðíûé êîýôôèöèåíò ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè, ñîãëàñíî (2.45) è (2.48), ðàâåí
χ e = γ Tee5/2 ,
γ = 6, 1115 .
(2.51)
Ïàðàìåòð γ â (2.51) íå çàâèñèò îò êóëîíîâñêîãî ëîãàðèôìà, òàê êàê ñîãëàñíî (2.49), âåëè÷èíà L ÷åðåç tm âõîäèò â ìíîæèòåëü χm :
3M 5/2 u5m χm = k √ . 8 2πme4 L Óðàâíåíèå äëÿ òåïëîâîãî ïîòîêà:
(2.52)
e 5/2 dTe f e . (2.53) W = −γ Te dx e â ñêîðîñòè îáìåíà, âûðàæåííûé ÷åðåç Áåçðàçìåðíûé êîýôôèöèåíò Ω áåçðàçìåðíûå çíà÷åíèÿ ïðîòîííîé è ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóð, ðàâåí
e e e = 3 Te − Tp . Ω (2.54) 2 Tee3/2 e ïîëó÷èëîñü â ñèëó ñïåöèàëüíîãî âûáîðà Ñòîëü ïðîñòîå âûðàæåíèå äëÿ Ω ìàñøòàáíîãî ìíîæèòåëÿ âðåìåíè. Âîñïîëüçîâàâøèñü ôîðìóëîé (2.50), ïîëó÷èì
e=ξ Q
p
Te ,
(2.55)
ãäå ìíîæèòåëü ξ ðàâåí
µ ¶2 2 M ³ u0 ´2 g ξ=√ α, (2.56) c L 3 m M ìàññà ïðîòîíà, u0 ñêîðîñòü íåâîçìóù¼ííîãî ãàçà, L êóëîíîâñêèé ëîãàðèôì. ×åðåç α ìû îáîçíà÷èëè ïîñòîÿííóþ òîíêîé ñòðóêòóðû (α = 1/137), à ÷åðåç g ≈ 1.2 ìíîæèòåëü Ãàóíòà. Ïðèíÿòîìó âûøå äèàïàçîíó ïàðàìåòðîâ (2.1) ñîîòâåòñòâóåò èíòåðâàë
0.15 < ξ < 3 .
(2.57)
Ïðèâåä¼ííûå ôîðìóëû ïîçâîëÿþò ïåðåïèñàòü â áåçðàçìåðíîé ôîðìå ñîîòíîøåíèÿ (2.15) è (2.16):
e, pe = n eΣ
e = Tep + Tee , Σ
(2.58)
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
45
e ÷åðåç u à (2.40), (2.44) è (2.58) ïîçâîëÿþò âûðàçèòü Σ e: e=u Σ e−u e2 .
(2.59)
Òàêæå â áåçðàçìåðíîì âèäå âûïèøåì óðàâíåíèå äëÿ òåìïåðàòóðû ïðîòîíîâ
d de x
µ
5e u e2 Tp + 2 2
è ýëåêòðîíîâ
d de x
µ
5e f Te + W 2
¶
¶
d Tee 3 Tep − Tee −2 u e = −e u − de xu e 2 Tee3/2 q Tee
d Tee 3 Tep − Tee −2 =u e + u e −ξ 2 . de xu e 2 Tee3/2 u e
Óðàâíåíèå (2.22) â áåçðàçìåðíîé ôîðìå ïðèìåò âèä: q " # Tee d 5e u e2 dTee Σ+ − γ Tee5/2 = −ξ 2 . dx 2 2 de x u e
(2.60)
(2.61)
(2.62)
Äàëåå ìû áóäåì ïîëüçîâàòüñÿ òîëüêî áåçðàçìåðíîé ôîðìîé óðàâíåíèé, à ïîòîìó îïóñòèì çíàê e íàä áåçðàçìåðíûìè ïåðåìåííûìè, ïîäðàçóìåâàÿ åãî. Ñèñòåìà óðàâíåíèé äëÿ áåçðàçìåðíûõ ïåðåìåííûõ (2.40), (2.44), (2.532.62) ñîäåðæèò äâà ïàðàìåòðà: ξ è γ . Îíà çàìûêàåòñÿ óñëîâèåì íà âÿçêîì ñêà÷êå [78]:
¢ d 1¡ 2 (Σ+ − Σ− ) + u+ − u2− − θ ln (u+ /u− ) = 0 . dx 2
(2.63)
Èíäåêñîì − ïîìå÷åíû çíà÷åíèÿ ïåðåìåííûõ ïåðåä âÿçêèì ñêà÷êîì, èíäåêñîì + ïîñëå âÿçêîãî ñêà÷êà. Íà âÿçêîì ñêà÷êå ýëåêòðîííàÿ òåìïåðàòóðà îñòà¼òñÿ íåïðåðûâíîé. Èíà÷å ïðåäïîëîæåíèå î êîíå÷íîì èçìåíåíèè òåìïåðàòóðû íà áåñêîíå÷íî ìàëîì ïðîìåæóòêå ïðèâåëî áû ê ëèø¼ííîìó ôèçè÷åñêîãî ñìûñëà ðåçóëüòàòó áåñêîíå÷íî áîëüøîìó ïîòîêó òåïëà. Ñîõðàíÿþùååñÿ íà âÿçêîì ñêà÷êå çíà÷åíèå ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóðû îáîçíà÷èì áóêâîé θ. Ïðîèíòåãðèðóåì óðàâíåíèå (2.62) ïî âñåé îáëàñòè òå÷åíèÿ. Ïðè ýòîì ó÷ò¼ì, ÷òî òåïëîâîé ïîòîê ðàâåí íóëþ íà îáåèõ ãðàíèöàõ, à íà ïðàâîé
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
46
ãðàíèöå âñëåäñòâèå âûñâå÷èâàíèÿ îäíîâðåìåííî îáðàùàþòñÿ â íóëü ñêîðîñòü è òåìïåðàòóðà.  ðåçóëüòàòå ïîëó÷èì
Z∞ −∞
Q 1 dx = . u2 2
(2.64)
Ïðè âûïîëíåíèè ÷èñëåííûõ ðàñ÷¼òîâ ìû áóäåì òðåáîâàòü âûïîëíåíèÿ ýòîãî óñëîâèÿ ñ îòíîñèòåëüíîé òî÷íîñòüþ 3%. Ïåðåéä¼ì ê ðåøåíèþ óðàâíåíèÿ (2.62). Èçëîæèì ðåøåíèå çàäà÷è äëÿ êàæäîé èç ïÿòè îáëàñòåé òå÷åíèÿ, îïèñàííûõ âûøå. Âëèÿíèå âûñâå÷èâàíèÿ íà ñêîðîñòü è ïîäú¼ì òåìïåðàòóðû ñëåâà îò ôðîíòà
Ïåðåä âÿçêèì ñêà÷êîì íàèáîëåå ìîùíûì ïðîöåññîì ÿâëÿåòñÿ ýëåêòðîííàÿ
òåïëîïðîâîäíîñòü.
Ýòîò
ôàêò
ïîçâîëÿåò
ïîëó÷èòü
àíàëèòè÷åñêèå ôîðìóëû, ñ äîñòàòî÷íîé òî÷íîñòüþ âûðàæàþùèå ñêîðîñòü è ïðîñòðàíñòâåííóþ êîîðäèíàòó êàê ôóíêöèè ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóðû.
Îíè
çíà÷èòåëüíî
óïðîùàþò
ïîñëåäóþùèé
ó÷¼ò
âûñâå÷èâàíèÿ. Çàäà÷à áåç âûñâå÷èâàíèÿ, êàê óæå ãîâîðèëîñü âûøå, áûëà ðåøåíà Øàôðàíîâûì [78], íî â åãî ðàáîòå ïðèâåäåíû òîëüêî îêîí÷àòåëüíûå ðåçóëüòàòû. Íàì äëÿ äàëüíåéøåãî íóæíû àíàëèòè÷åñêèå ôîðìóëû, â êîòîðûå ξ è γ âõîäÿò êàê ïàðàìåòðû. Ïðè îòñóòñòâèè âûñâå÷èâàíèÿ ïðàâàÿ ÷àñòü óðàâíåíèÿ (2.62) ðàâíà íóëþ, à ñàìî óðàâíåíèå èìååò èíòåãðàë
5 u2 1 Σ+ +W = 2 2 2 êîòîðûé ïîçâîëÿåò íàïèñàòü óðàâíåíèå, ýëåêòðîííóþ òåìïåðàòóðó: µ ¶ µ T du 3 5 γT − 4u − = 1−2 2 2 u dT 2 u
(2.65)
,
ñâÿçûâàþùåå ñêîðîñòü è
u − u2 − 2T 5u − 4u2 − 1
¶ .
(2.66)
Ïåðåä âÿçêèì ñêà÷êîì ñêîðîñòü ìåíÿåòñÿ çíà÷èòåëüíî ìåäëåííåå, ÷åì ýëåêòðîííàÿ òåìïåðàòóðà. Ñëåäîâàòåëüíî, ìû ìîæåì èñêàòü
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
47
çàâèñèìîñòü u(T ) â âèäå ðàçëîæåíèÿ â ðÿä ïî ñòåïåíÿì T :
u = 1 − T f (T ) ,
f (T ) = 1 + aT + bT 2 + cT 3 ,
(2.67)
â êîòîðîì ó÷èòûâàåòñÿ, ÷òî ïðè T ¿ T∞ ñïðàâåäëèâà ïðèáëèæ¼ííàÿ ôîðìóëà u ≈ 1 − T . ×èñëåííûå çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòîâ áóäóò ïðèâåäåíû íèæå. Ïåðåéä¼ì
ê
ó÷¼òó
âûñâå÷èâàíèÿ.
Äëÿ
ýòîãî
ïðîèíòåãðèðóåì
óðàâíåíèå (2.62) ïî êîîðäèíàòå îò íà÷àëà òåïëîâîãî ÿçûêà äî òî÷êè ñ òåìïåðàòóðîé T :
5 u2 dT 1 Σ+ − γT 5/2 = −ξZ(T ) + , 2 2 dx 2 ãäå
x(T ) √ Z
Z(T ) =
(2.68)
T dx . u2
(2.69)
x(0)
Âîîáùå ãîâîðÿ, ââåäåíèå âåëè÷èíû Z íå äà¼ò íè÷åãî íîâîãî, òàê êàê íàì íå èçâåñòíû çàâèñèìîñòè íè T (x), íè u(T ). Íî, ñîãëàñíî ñêàçàííîìó âûøå, ìû ïðåäïîëîæèì, ÷òî âûñâå÷èâàíèå ñëàáî ìåíÿåò îáå ôóíêöèè, è âîñïîëüçóåìñÿ äëÿ âû÷èñëåíèÿ ïîäûíòåãðàëüíîé ôóíêöèè ôîðìóëàìè, ïîëó÷åííûìè íàìè ïðè ðåøåíèè çàäà÷è áåç âûñâå÷èâàíèÿ. Ïåðåéä¼ì ê èíòåãðèðîâàíèþ ïî òåìïåðàòóðå:
ZT √ Z(T ) = 0
dx T dT dT u2
(2.70)
è ïîäñòàâèì â (2.70) ñîîòíîøåíèÿ äëÿ ñêîðîñòè (2.67) è âûðàæåíèå äëÿ
dT /dx,
dT 5u − 4u2 − 1 = , (2.71) dx 2γT 5/2 ïîëó÷åííîå íàìè â çàäà÷å áåç ó÷¼òà âûñâå÷èâàíèÿ. Ïîñëå òîãî, êàê ìû âûðàçèì âñå ìíîæèòåëè ÷åðåç òåìïåðàòóðó, èíòåãðàë Z ïðèìåò âèä: γ Z= 2
ZT 0
T 2 dT (1 − T − aT 2 −
bT 3 )2 (1
+ aT + bT 2 ) ( 43 − T − aT 2 − bT 3 )
.
(2.72)
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
48
Ìû óäåðæèâàåì ÷ëåíû íå âûøå òðåòüåãî ïîðÿäêà ìàëîñòè ïî òåìïåðàòóðå. Ïîñêîëüêó ÷èñëèòåëü ïîäûíòåãðàëüíîé ôóíêöèè (2.72) ñîäåðæèò T âî âòîðîé ñòåïåíè, òî ïîñëå ðàçëîæåíèÿ çíàìåíàòåëÿ ïî ìàëîìó ïàðàìåòðó è âçÿòèÿ èíòåãðàëà ïîëó÷àòñÿ ñëàãàåìûå òðåòüåãî ïîðÿäêà è âûøå. Ïîýòîìó â çíàìåíàòåëå èìååò ñìûñë óäåðæèâàòü òîëüêî ñâîáîäíûå ÷ëåíû:
γ Z= 2
ZT 0
T 2 dT 3 4
2 = γ 3
ZT 0
2 T 2 dT = γT 3 . 9
(2.73)
Ïîëó÷èëè îêîí÷àòåëüíîå âûðàæåíèå äëÿ Z :
2 Z = γT 3 . 9
(2.74)
Èñïîëüçóÿ (2.59) è (2.60), âûðàçèì ñóììàðíóþ òåìïåðàòóðó Σ ÷åðåç ñêîðîñòü è âûïèøåì èç (2.68) âûðàæåíèå äëÿ ïðîèçâîäíîé dT /dx:
dT 5u − 4u2 + 2ξZ − 1 , = dx 2γT 5/2
(2.75)
à òàêæå ïîëó÷èì ñîîòíîøåíèå, ñâÿçûâàþùåå ìåæäó ñîáîé â ÿâíîì âèäå òîëüêî ñêîðîñòü è òåìïåðàòóðó: µ ¶ · ¸ 5 u − u2 − 2T γT T du 3 1−2 . − 4u − = 2 u dT 2 5u − 4u2 + 2ξZ − 1 u2
(2.76)
 äðîáè ïðàâîé ÷àñòè ïðèñóòñòâóåò îñîáåííîñòü òèïà 0/0, ïîñêîëüêó ïðè u = 1 ïîëó÷àåì T = 0 è ñëàãàåìîå 2ξZ òîæå îáðàùàåòñÿ â 0. Äëÿ òîãî, ÷òîáû ðàñêðûòü ýòó íåîïðåäåë¼ííîñòü, íåîáõîäèìî ðàñïèñàòü ñëàãàåìîå ñ âûñâå÷èâàíèåì è âûðàæåíèÿ äëÿ ñêîðîñòè êàê ÿâíûå ôóíêöèè òåìïåðàòóðû. Ïåðåéä¼ì îò ïåðåìåííîé u ê ïåðåìåííîé y =
1 − u: y = T f (T ) , ãäå f (T ) = a + bT + cT 2 .
(2.77)
Èç ôîðìóëû (2.77) âèäíî, ÷òî f (0) íå ðàâíî íóëþ. Ïåðåïèøåì óðàâíåíèå (2.76) äëÿ ïåðåìåííîé y . Ïîëó÷èì ·
T 3 − 4y + 2 1−y
¸
" # 3 (1 − y) − (1 − y)2 − 2T dy γT = 1−2 2 . dT 2 u 5(1 − y) − 4(1 − y)2 + 4ξγ T93 − 1
(2.78)
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
Ïîñëå ñíÿòèÿ íåîïðåäåë¼ííîñòè ñîîòíîøåíèå (2.78) ïðèìåò âèä # " · ¸ 2 3 T dy 3 γT f −f T −2 . − 4y + = 1−2 2 2 1 − y dT 2 u f (3 − 4y) + 4ξγ T92
49
(2.79)
Âûäåëèâ ÿâíî ñëàãàåìûå ñ ξ è ââåäÿ îáîçíà÷åíèÿ
A = (1 − y) (3 − 4y) f ,
B=
C = (1 − y)2 (3 − 4y) f ,
3 (1 − y) − 4y (1 − y) + T , 2
D = 2γT (f − T f 2 − 2) ,
çàïèøåì óðàâíåíèå (2.79) òàê: · ¸ dy 4 3 dy AB + ξγT 2 (1 − y) (1 − y) − 4y(1 − y) + T = dT 9 2 dT
(2.80) (2.81)
(2.82)
3 3 4 (C − D) + (1 − y)2 ξγT 2 . 2 2 9  íàøåì ïðèáëèæåíèè â óðàâíåíèè (2.82) íå èìååò ñìûñëà ó÷èòûâàòü ñëàãàåìûå áîëåå âûñîêîãî ïîðÿäêà ìàëîñòè, ÷åì âòîðîé, òàê êàê =
ïðèðàâíÿâ ñâîáîäíûå ÷ëåíû ëåâîé è ïðàâîé ÷àñòåé ìû ïîëó÷èì óðàâíåíèå äëÿ êîýôôèöèåíòà a, ïðèðàâíÿâ ëèíåéíûå ÷ëåíû äëÿ êîýôôèöèåíòà b, à êâàäðàòè÷íûå äëÿ êîýôôèöèåíòà c. Ïðîâåäÿ ñîîòâåòñòâóþùèå âû÷èñëåíèÿ, ìû íàøëè âûðàæåíèÿ äëÿ êîýôôèöèåíòîâ:
γ , 3 34 4 (2.83) b = 2 + γ − γ2 , 27 27 µ ¶ µ ¶ 733 36 1 4 7 c=5+ 1− ξ γ− 1 + ξ γ2 + γ3 . 162 733 2 81 81 Îòñþäà âèäíî, ÷òî â ïðèáëèæåíèè (2.77) âûñâå÷èâàíèå äåéñòâèòåëüíî ïðàêòè÷åñêè íå îêàçûâàåò âëèÿíèÿ íà äâèæåíèå ãàçà ïåðåä ôðîíòîì, òàê êàê ïàðàìåòð ξ , îïèñûâàþùèé âûñâå÷èâàíèå, ïðèñóòñòâóåò òîëüêî a=1+
â êîýôôèöèåíòå c ðàçëîæåíèÿ ñêîðîñòè ïî òåìïåðàòóðå. Ðåçóëüòàòû âû÷èñëåíèé
ïðîôèëÿ
ýëåêòðîííîé
ôîðìóëîé
x(T ) =
òåìïåðàòóðû
4 χT 5/2 (1 − 0.87T ) , 15
àïïðîêñèìèðóåì (2.84)
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
50
îøèáêà êîòîðîé íå ïðåâûøàåò îäíîãî ïðîöåíòà. Ìíîæèòåëü ïåðåä ñêîáêàìè îïèñûâàåò èçâåñòíîå [82] ðåøåíèå çàäà÷è â ëèíåéíîì ïðèáëèæåíèè T = 1 − u. Âêëàä QI ðàññìàòðèâàåìîé îáëàñòè â ïîëíîå âûñâå÷èâàíèå ìîæíî âû÷èñëèòü ïî ôîðìóëå:
Zθ √ ξ T dx QI = dT . u2 dT
(2.85)
0
Ïðîñòàÿ îöåíêà èíòåãðàëà
Qanal
T3 (1 + 0.59T ) = 3
(2.86)
ïîëó÷àåòñÿ â óêàçàííîì âûøå ëèíåéíîì ïðèáëèæåíèè, åñëè ìû ïðèìåì ìíîæèòåëü u−2 ðàâíûì 1 + 2T . Âûïîëíåííûå íàìè ðàñ÷¼òû ïîêàçûâàþò, ÷òî Qanal îòëè÷àåòñÿ îò QI íå áîëåå ÷åì íà 5%. Îòíîñèòåëüíûé âêëàä îáëàñòè I â ïîëíûé ïîòîê èçëó÷åíèÿ íåâåëèê: îí ðàâåí 0.05% ïðè ξ =
0.25 è 0.4% ïðè ξ = 3. Òàêèì îáðàçîì, ìû ïðèõîäèì ê âûâîäó î ìàëîé ðîëè âûñâå÷èâàíèÿ ïåðåä âÿçêèì ñêà÷êîì. Ïåðåéä¼ì ê àíàëèçó òå÷åíèÿ ïîçàäè ôðîíòà. Îò âÿçêîãî ñêà÷êà äî ìàêñèìóìà ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóðû
Äåòàëüíûå ðàñ÷¼òû ïîêàçûâàþò, ÷òî â îáëàñòè ðîñòà ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóðû íàãðåâ ýëåêòðîíîâ çà ñ÷¼ò îáìåíà ýíåðãèåé â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè êîìïåíñèðóåòñÿ îõëàæäåíèåì ïóò¼ì òåïëîïðîâîäíîñòè, à ïîòåðè íà òîðìîçíîå èçëó÷åíèå íàãðåâîì ïðè àäèàáàòè÷åñêîì ñæàòèè.  ðàññìàòðèâàåìîé îáëàñòè íè îäíèì èç ïðîöåññîâ íåëüçÿ ïðåíåáðå÷ü ïî ñðàâíåíèþ ñ äðóãèìè. Îòñóòñòâèå ïàðàìåòðà äåëàåò íåîáõîäèìûì ÷èñëåííîå ðåøåíèå çàäà÷è. Ñïðàâà îò ôðîíòà óäîáíî ïðîâåñòè çàìåíó ïåðåìåííûõ â íàïèñàííûõ âûøå óðàâíåíèÿõ, à èìåííî, ìû áóäåì èñêàòü ýëåêòðîííóþ òåìïåðàòóðó è òåïëîâîé ïîòîê êàê ôóíêöèè ñêîðîñòè:
ΨΦ dT = , du z
(2.87)
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
dW 5 QΦ = − + 4u + , du 2 z
51
(2.88)
ãäå
µ ¶ 2 5 T W 3 Φ= − 4u − , Ψ= , z = Ω+Ψ . (2.89) 3 2 u 2 γT 5/2  êà÷åñòâå íà÷àëüíûõ óñëîâèé áåð¼ì ýëåêòðîííóþ òåìïåðàòóðó ãàçà íà ôðîíòå θ è âåëè÷èíó òåïëîâîãî ïîòîêà ñïðàâà îò âÿçêîãî ñêà÷êà W+ . Îáëàñòü II çàêàí÷èâàåòñÿ â òî÷êå, ãäå òåïëîâîé ïîòîê äîñòèãàåò íóëÿ, òî åñòü ãäå dT /du = 0. Îöåíèì âêëàä âòîðîé îáëàñòè â ïîëíîå âûñâå÷èâàíèå. Åãî ìîæíî âû÷èñëèòü ïî ôîðìóëå:
ZTII QII =
Q(T ) dx dT . u2 dT
(2.90)
θ
Çäåñü TII ýëåêòðîííàÿ òåìïåðàòóðà íà ãðàíèöå II è III îáëàñòåé. Ìû ïîëó÷èëè, ÷òî âêëàä II îáëàñòè â ðàäèàöèîííîå îõëàæäåíèå ìàë. Åãî îòíîñèòåëüíàÿ âåëè÷èíà ìîíîòîííî ðàñò¼ò ñ óâåëè÷åíèåì ξ îò 1.2% ïðè
ξ = 0.25 äî 3.6% ïðè ξ = 3. Îäíîòåìïåðàòóðíîå
ïðèáëèæåíèå
çàâåäîìî
íåïðèìåíèìî
äî
ìàêñèìóìà ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóðû, òàê êàê âåëè÷èíà Te â îáëàñòè II ïî ìåðå òîðìîæåíèÿ ãàçà ðàñò¼ò, à íå ïàäàåò, êàê ñóììàðíàÿ òåìïåðàòóðà Σ. Äàëåå ìû óâèäèì, ÷òî ïðè ðàâåíñòâå èîííîé è ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóð òåïëîâîé ïîòîê, êàê ïðàâèëî, óìåíüøàåòñÿ. Ïîýòîìó âîïðîñ î ïðèìåíèìîñòè îäíîòåìïåðàòóðíîãî ïðèáëèæåíèÿ èìååò ñìûñë ñòàâèòü ïîñëå ìàêñèìóìà òåïëîâîãî ïîòîêà. Îáëàñòü ìåæäó ìàêñèìóìàìè ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóðû è òåïëîâîãî ïîòîêà
Ñïðàâà îò ìàêñèìóìà ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóðû òåïëîâîé ïîòîê ñòàíîâèòñÿ ïîëîæèòåëüíûì è íåêîòîðîå âðåìÿ ïðîäîëæàåò ïîäíèìàòüñÿ çà ñ÷¼ò óìåíüøåíèÿ ìåõàíè÷åñêîãî ïîòîêà ýíåðãèè âûñâå÷èâàþùåãîñÿ ãàçà. Îòìåòèì, ÷òî ïðè îòñóòñòâèè âûñâå÷èâàíèÿ òåïëîâîé ïîòîê
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
52
ïîçàäè ôðîíòà àñèìïòîòè÷åñêè ñòðåìèòñÿ ê íóëþ, îñòàâàÿñü âñ¼ âðåìÿ îòðèöàòåëüíûì.  ðàññìàòðèâàåìîé çàäà÷å îòðèöàòåëüíûé çíàê ïðîèçâîäíîé dW/du îáóñëîâëåí ïåðâûì ñëàãàåìûì â ïðàâîé ÷àñòè (2.88). Ïîñòåïåííî dW/du óâåëè÷èâàåòñÿ äî íóëÿ. Ãëàâíàÿ ïðè÷èíà ýòîãî óìåíüøåíèå çíàìåíàòåëÿ z â ïîñëåäíåì ñëàãàåìîì (2.88). Ïîíèæåíèå òåìïåðàòóðû ñîïðîâîæäàåòñÿ ïîäú¼ìîì òåïëîâîãî ïîòîêà, ÷òî ïðèâîäèò
= 23 Ω + Ψ ïàäàåò èñêëþ÷èòåëüíî çà ñ÷¼ò Ω. Òàêèì îáðàçîì, îñëàáëåíèå ê óâåëè÷åíèþ âåëè÷èíû Ψ. Ñëåäîâàòåëüíî, ñóììà z
íàãðåâà ýëåêòðîíîâ ïóò¼ì îáìåíà ýíåðãèåé ñ èîíàìè âëå÷¼ò çà ñîáîé è óìåíüøåíèå îõëàæäåíèÿ, îáóñëîâëåííîãî òåïëîïðîâîäíîñòüþ.  îêðåñòíîñòè òî÷êè ìàêñèìóìà ìîæíî çíà÷èòåëüíî óïðîñòèòü óðàâíåíèå ýíåðãèè, èñêëþ÷èâ èç íåãî ñëàãàåìîå ñ òåïëîïðîâîäíîñòüþ. Ìàêñèìóì òåïëîâîãî ïîòîêà îêàçàëñÿ äîñòàòî÷íî ïðîòÿæ¼ííûì, ÷òî ïðîÿâëÿåòñÿ â îòíîñèòåëüíî áîëüøîì âêëàäå îáëàñòè III â èíòåãðàë âûñâå÷èâàíèÿ. Åãî âåëè÷èíà ðàñò¼ò îò 1,8% ïðè ξ = 0.25 äî 10% ïðè
ξ = 3. Ïðåäñòàâëåíèå
î
ñòåïåíè
ñáëèæåíèÿ
èîííîé
è
ýëåêòðîííîé
òåìïåðàòóð â òî÷êå ìàêñèìóìà òåïëîâîãî ïîòîêà ìîæíî ïîëó÷èòü èç ãðàôèêà íà ðèñ. 2.2. Ïî îñè îðäèíàò îòëîæåíà îòíîñèòåëüíàÿ
dT 0.1
1.0
2.0
3.0
x
Ðèñ. 2.2: Ðàçëè÷èå òåìïåðàòóð â ìàêñèìóìå òåïëîâîãî ïîòîêà.
ðàçíîñòü òåìïåðàòóð
δT = 1 −
Te . Tp
Ïðè ξ < 0.25 îíà íå ïðåâîñõîäèò 1%, íî ïðè ξ ≈ 3 äîñòèãàåò 8%. Â
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
53
êà÷åñòâå êðèòåðèÿ âûõîäà íà îäíîòåìïåðàòóðíûé ðåæèì ïðèìåì
δT < 0.03 , îòâå÷àþùåå òî÷íîñòè óñëîâèÿ (2.64). Òîãäà ìîæíî ïîëàãàòü, ÷òî ïðè
ξ < 1.2 îí íàñòóïàåò óæå â òî÷êå ìàêñèìóìà W, à â ñëó÷àå áîëåå ñèëüíîãî âûñâå÷èâàíèÿ ñóùåñòâóåò áîëåå èëè ìåíåå ïðîòÿæ¼ííàÿ îáëàñòü, ãäå ïðîèñõîäèò îêîí÷àòåëüíîå âûðàâíèâàíèå òåìïåðàòóð. Íà ðèñ. 2.1 ýòà îáëàñòü îáîçíà÷åíà IIIà. Âûõîä íà îäíîòåìïåðàòóðíûé ðåæèì
Ñîãëàñíî ñêàçàííîìó â ïðåäûäóùåì ðàçäåëå, ïîëàãàåì, ÷òî ðàçëè÷èåì òåìïåðàòóð ìîæíî ïðåíåáðåãàòü, íà÷èíàÿ ñ òîé òî÷êè, ãäå âåëè÷èíà δT ñòàíîâèòñÿ ìåíüøå îäíîé ñîòîé. Ìîíîòîííîå
óìåíüøåíèå
ãðàäèåíòà
òåïëîâîãî
ïîòîêà
ïîñëå
ìàêñèìóìà W íåñêîëüêî êîìïåíñèðóåò ðàäèàöèîííîå îõëàæäåíèå. Ðîëü òåïëîïðîâîäíîñòè õàðàêòåðèçóåòñÿ âåëè÷èíîé ¯ dW ¯ 2 ¯ ¯u RW = dx . Q
(2.91)
¯ ¯ ¯ Âêëàä îáìåíà Ω/u2 ïàäàåò çíà÷èòåëüíî áûñòðåå, ÷åì ðàñò¼ò ¯ dW dx . Ïîýòîìó â ðàññìàòðèâàåìîé îáëàñòè, åñëè îíà ñóùåñòâóåò, çàäà÷à óïðîùàåòñÿ: ìîæíî îïóñòèòü ñëàãàåìîå ñ òåïëîïðîâîäíîñòüþ ïî ñðàâíåíèþ ñ âûñâå÷èâàíèåì. Ñèñòåìà ñâîäèòñÿ ê óðàâíåíèþ äëÿ ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóðû êàê ôóíêöèè ñêîðîñòè ·µ ¶ 5 ¸ dT 2 5 T 2 − 4u = − 4u − − Ω , du 3 2 u Q
(2.92)
âûòåêàþùåìó èç (2.28), (2.32) è (2.59). Íà ðèñ. 2.3 èçîáðàæåíà çàâèñèìîñòü RW (ξ) íà ïðàâîé ãðàíèöå îáëàñòè. Õîðîøî âèäíî, ÷òî ê ìîìåíòó âûõîäà íà îäíîòåìïåðàòóðíûé ðåæèì òåïëîïðîâîäíîñòüþ åù¼ ìîæíî ïðåíåáðåãàòü.
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
54
Rw 0.1
2.0
1.0 Ðèñ. 2.3: Îòíîñèòåëüíûé îäíîòåìïåðàòóðíûé ðåæèì.
âêëàä
3.0
òåïëîïðîâîäíîñòè
â
x òî÷êå
âûõîäà
íà
Îêîí÷àòåëüíîå îõëàæäåíèå â îäíîòåìïåðàòóðíîì ðåæèìå
 îáëàñòè IV ìîæíî ïðåíåáðå÷ü îáìåíîì ýíåðãèåé, íî íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü òåïëîïðîâîäíîñòü. Äåëî â òîì, ÷òî âûñâå÷èâàþùèéñÿ ãàç èçîáàðè÷åñêè ñæèìàåòñÿ è çàâèñèìîñòü òåìïåðàòóðû îò ãåîìåòðè÷åñêîé êîîðäèíàòû ñòàíîâèòñÿ âñ¼ áîëåå êðóòîé. Êàê ñëåäñòâèå, ðàñò¼ò àáñîëþòíàÿ âåëè÷èíà ãðàäèåíòà òåïëîâîãî ïîòîêà è óñèëèâàåòñÿ êîìïåíñàöèÿ îõëàæäåíèÿ òåïëîïðîâîäíîñòüþ. Èç óðàâíåíèé (2.23), (2.28) è (2.32) è èç óñëîâèÿ îäíîòåìïåðàòóðíîñòè
Σ (2.93) 2 âûòåêàåò äèôôåðåíöèàëüíîå óðàâíåíèå äëÿ òåïëîâîãî ïîòîêà êàê ôóíêöèè ñêîðîñòè: T =
u
dZ 1 5 = − + 4u − Z + A(1 − 2u)(1 − u)3 , du 2 Z
(2.94)
ãäå
χξ . 16 Ìû ïåðåøëè ê íîâîé ïåðåìåííîé Z =
(2.95)
A=
W u:
ñ å¼ ïîìîùüþ óäîáíåå
îïèñàòü òîò ôàêò, ÷òî ðåøåíèå äîëæíî ïðîõîäèòü ÷åðåç îñîáóþ òî÷êó
u = 0 , W = 0.  îñîáîé òî÷êå âåëè÷èíà Z ïðèíèìàåò çíà÷åíèå Z0 , ðàâíîå Ãr ! 5 16 Z0 = 1+ A−1 . (2.96) 4 25
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
55
Ïðè u ¿ 1 ñïðàâåäëèâà ôîðìóëà (2.97)
Z = Z0 − ςu , â êîòîðîé
ς=
5 ZA0 − 4 A Z02
+2
(2.98)
.
Èòàê, ïðè óâåëè÷åíèè ñêîðîñòè òåïëîâîé ïîòîê ðàñò¼ò ñíà÷àëà ïðîïîðöèîíàëüíî u, çàòåì åãî ðîñò çàìåäëÿåòñÿ. Åñëè ñêîðîñòü íåëüçÿ
ñ÷èòàòü
ìàëîé,
òî
óðàâíåíèå
(2.94)
ðåøàåì
÷èñëåííî.
Äëÿ èñêëþ÷åíèÿ íåîáõîäèìîñòè ïðèìåíÿòü î÷åíü êîðîòêèå øàãè â ìàëîèíòåðåñíîé îáëàñòè íèçêèõ ñêîðîñòåé, ìû êîìáèíèðîâàëè ÷èñëåííûé
è
àíàëèòè÷åñêèé
ïîäõîäû.
Èíòåðâàë
èíòåãðèðîâàíèÿ
ðàçáèâàåì íà ó÷àñòêè, ïðàâûå ãðàíèöû êîòîðûõ îáîçíà÷èì un . Äëèíó êàæäîãî ó÷àñòêà ïîëàãàåì ìàëîé, è â åãî ïðåäåëàõ ïðåíåáðåãàåì îòíîñèòåëüíûìè
èçìåíåíèÿìè
ñëàãàåìîãî 4u −
(1 − 2u)(1 − u)3 â ïðàâîé ÷àñòè
5 2
è
ìíîæèòåëÿ
(2.94). Íà êàæäîì òàêîì ó÷àñòêå
ââîäèì ïîñòîÿííûå âåëè÷èíû
An = A(1 − 2un )(1 − un )3 , Bn =
5 − 4un 2
è ïðèõîäèì ê óðàâíåíèþ
u
dZ An = −Bn − Z + , du Z
èìåþùåå ðåøåíèå â íåÿâíîé ôîðìå !p− Ã Z !p+ ÃZ ³ u ´2 − 1 + 1 Z Z+ n = Z−n . Zn u − 1 + 1 Z− Z+
(2.99)
(2.100)
Çäåñü
r Bn Bn Bn2 Z − = Rn − , Z + = Rn + , Rn = + An , 2 2 4 Bn Bn p− = 1 − , p+ = 1 + , 2Rn 2Rn Ïðè ìàëûõ çíà÷åíèÿõ ξ â ïåðâîì ìíîæèòåëå (2.100) âîçíèêàåò ñèòóàöèÿ, áëèçêàÿ ê íåîïðåäåë¼ííîñòè òèïà 00 .  ýòîì ñëó÷àå âòîðîé
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
56
ìíîæèòåëü (2.100) ìàëî îòëè÷àåòñÿ îò åäèíèöû, è ìû ìîæåì íàïèñàòü ïðèáëèæ¼ííîå ðåøåíèå â ÿâíîé ôîðìå:
Z = Z− +
Zn − Z− (1 +
4u 2/p+ un )
(2.101)
,
ãäå 4u ïðèðàùåíèå ñêîðîñòè. Ðîëü òåïëîïðîâîäíîñòè ìàêñèìàëüíà â òî÷êå u = 0:
16Z02 . RW (0) = χξ Ïîëó÷èâ çàâèñèìîñòü òåìïåðàòóðû è ïëîòíîñòè îò êîîðäèíàòû, ìû ìîæåì ïåðåéòè ê âû÷èñëåíèþ ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ.
2.1.2 Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ. Ðàññìîòðèì ðåçóëüòàòû íàøèõ ðàñ÷åòîâ äëÿ äèàïàçîíà ýíåðãèé êâàíòîâ
0.5 êýÂ < E < 10 êýÂ ,
(2.102)
â êîòîðîì âûïîëíÿëèñü íàáëþäåíèÿ ñî ñïóòíèêîâ GINGA è ASCA [80]. Áåçðàçìåðíûé ïîòîê èçëó÷åíèÿ ðàâåí
Z∞ FE = ξ
T −1/2 exp(−E/T )u−2 dx.
−∞
Ïðè
ôèêñèðîâàííîì
çíà÷åíèè χ
ñïåêòð
èçëó÷åíèÿ
îäíîçíà÷íî
îïðåäåëÿåòñÿ ñêîðîñòüþ ôðîíòà. Âêëàä îáëàñòåé I è II íà âñåõ ÷àñòîòàõ ñîñòàâëÿåò ìåíåå ïðîöåíòà. Òðåòüÿ îáëàñòü ìîæåò îêàçàòüñÿ äîñòàòî÷íî ÿðêîé ïðè îòíîñèòåëüíî ñëàáîì âûñâå÷èâàíèè (ξ < 0.7). Âî âñåõ ñëó÷àÿõ îñíîâíîé âêëàä â èçëó÷åíèå äàåò ÷åòâåðòàÿ îáëàñòü. Óäîáíîé âåëè÷èíîé äëÿ ñðàâíåíèÿ ñ íàáëþäåíèÿìè ÿâëÿåòñÿ öâåòîâàÿ òåìïåðàòóðà
Tc (E1 , E2 ) =
E2 − E1 . ln(FE1 /FE2 )
Îíà õàðàêòåðèçóåò òåìïåðàòóðó òîé îáëàñòè, êîòîðàÿ äàåò îñíîâíîé âêëàä â èçëó÷åíèå â äèàïàçîíå ýíåðãèé êâàíòîâ îò E1 äî E2 .  ñëó÷àå
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
57
îäíîðîäíîé ïðîçðà÷íîé ñðåäû âåëè÷èíà Tc â òî÷íîñòè ðàâíà òåìïåðàòóðå ãàçà. Íà ðèñ. 2.4 ïî îñè îðäèíàò îòëîæåíî îòíîøåíèå öâåòîâîé òåìïåðàòóðû ê òåìïåðàòóðå ôðîíòà Tf . Ðàçíîñòü ýíåðãèé E2 − E1 çäåñü ðàâíà Tc Tf 0.4 0.2
4
8
E, êýÂ
Ðèñ. 2.4: Öâåòîâàÿ òåìïåðàòóðà èçëó÷åíèÿ â åäèíèöàõ òåìïåðàòóðû ôðîíòà. Ãðàôèêè ñíèçó ââåðõ ñîîòâåòñòâóþò çíà÷åíèÿì ξ = 3, 2, 1, 0.5.
1êýÂ, çà èñêëþ÷åíèåì äèàïàçîíà 0.5 − 1êýÂ. Íà îñè àáñöèññ ïðèâåäåíà âåëè÷èíà E2 . Õîðîøî âèäíî, ÷òî ïðè âñåõ ýíåðãèÿõ êâàíòîâ â ðàññìàòðèâàåìîì äèàïàçîíå ñïåêòðà Tc < Tf . Îñîáåííî âåëèêî ðàçëè÷èå â ìÿãêîì äèàïàçîíå ñïåêòðà. Îòñþäà ñëåäóþò äâà âûâîäà. Âîïåðâûõ, îïðåäåëåíèå òåìïåðàòóðû ãàçà ïî ñïåêòðó åãî ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ çàâèñèò îò âûáèðàåìîé ìîäåëè. Âîâòîðûõ, äëÿ âîññòàíîâëåíèÿ òåìïåðàòóðû ôðîíòà èç íàáëþäåíèé ïðåäïî÷òèòåëüíåå æåñòêàÿ ÷àñòü ñïåêòðà. Íàïðèìåð, èçìåðåíèÿ ñïåêòðà òåñíîé äâîéíîé ñèñòåìû SS433 ñî ñïóòíèêà ASCA [80] ïðèâîäÿò ê çíà÷åíèÿì Tc = (2 − 30) êý íà ðàçíûõ ôàçàõ êðèâîé áëåñêà. Ñîãëàñíî ãðàôèêàì íà ðèñ. 2.4, ýòî ñîîòâåòñòâóåò òåìïåðàòóðå ôðîíòà Tf = (5 − 80) êýÂ, òî åñòü ñêîðîñòè íàòåêàíèÿ ãàçà
1000 < u0 < 3500 êì/ñ. Óäàðíûå âîëíû ñ òàêèìè ñêîðîñòÿìè ìîãóò ðàñïðîñòðàíÿòüñÿ âíóòðè ïëîòíûõ îáëàêîâ äæåòà, îáæèìàåìûõ ñíàðóæè ãîðÿ÷èì ðàçðåæåííûì ãàçîì [81].
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
58
2.2 Âëèÿíèå ôîòîèîíèçàöèè íà èçëó÷åíèå óäàðíûõ âîëí â ðåçîíàíñíûõ ïåðåõîäàõ èîíîâ FeXXV è FeXXVI ïðè ñòîëêíîâåíèè áûñòðûõ îêîëîçâ¼çäíûõ ïîòîêîâ Èçëó÷åíèå ãàçà, âûñâå÷èâàþùåãîñÿ ïîçàäè ôðîíòà óäàðíîé âîëíû, ìîæåò èîíèçîâàòü è íàãðåòü ãàç, íàòåêàþùèé íà ôðîíò. Ýòîò ýôôåêò ïîäðîáíî èññëåäîâàí â êíèãå Çåëüäîâè÷à è Ðàéçåðà [82] äëÿ ñëó÷àÿ ëîêàëüíîãî òåðìîäèíàìè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ, êîãäà âñå ïàðàìåòðû ñðåäû îäíîçíà÷íî îïðåäåëÿþòñÿ òåìïåðàòóðîé â äàííîé òî÷êå.  êîñìè÷åñêèõ óñëîâèÿõ òàêàÿ ñèòóàöèÿ ðåàëèçóåòñÿ â ãëóáîêèõ ñëîÿõ çâåçäíûõ àòìîñôåð [83], à òàêæå íà ðàííèõ ôàçàõ âñïûøêè ñâåðõíîâîé [84]. Ôèçè÷åñêè ýòî ñâÿçàíî ñ äîñòàòî÷íî âûñîêîé ïëîòíîñòüþ ãàçà.  çâåçäíûõ õðîìîñôåðàõ, êîðîíàõ è â îêîëîçâ¼çäíûõ ïîòîêàõ âíóòðè äâîéíûõ ñèñòåì èçëó÷åíèå íå âñåãäà óñïåâàåò ïðèéòè â ðàâíîâåñèå ñ âåùåñòâîì. Ñëåäîâàòåëüíî, ñîñòîÿíèå ñðåäû çäåñü îïðåäåëÿåòñÿ
íå
òîëüêî
òåìïåðàòóðîé,
íî
è
ïîëåì
èçëó÷åíèÿ.
Ïîëóïðîçðà÷íûé ãàç îêîëîçâ¼çäíûõ ïîòîêîâ è âåðõíèõ ñëîåâ àòìîñôåð ìîæåò èíòåíñèâíî âûñâå÷èâàòüñÿ ïðè äîñòàòî÷íî âûñîêîé òåìïåðàòóðå. Ýòèì îí îòëè÷àåòñÿ îò íåïðîçðà÷íûõ ôîòîñôåðíûõ ñëî¼â, ãäå íàãðåâ âåùåñòâà îòíîñèòåëüíî íåâåëèê èççà âûñîêîé òåïëî¼ìêîñòè èçëó÷åíèÿ, à òàêæå îò ìåæçâ¼çäíîé ñðåäû, â êîòîðîé âûñâå÷èâàíèåì ìîæíî ïðåíåáðå÷ü óæå ïðè ýëåêòðîííûõ òåìïåðàòóðàõ ïîðÿäêà ìèëëèîíîâ ãðàäóñîâ. Âûñâå÷èâàíèå, â êîíå÷íîì èòîãå, îïðåäåëÿåò ñïåêòð èçëó÷åíèÿ âñåé îáëàñòè òå÷åíèÿ, ñâÿçàííîé ñ óäàðíîé âîëíîé. Ïîýòîìó îñîáåííîñòè ðàäèàöèîííîãî îõëàæäåíèÿ íàñ áóäóò èíòåðåñîâàòü â ïåðâóþ î÷åðåäü. Âûñâå÷èâàíèå ãàçà â óñëîâèÿõ îêîëîçâ¼çäíûõ ïîòîêîâ ðàññìàòðèâàëîñü â ðÿäå ðàáîò, íàïðèìåð, ([43], [61], [85]), ãëàâíûì îáðàçîì, â ñâÿçè ñ ïðîáëåìîé ôîðìèðîâàíèÿ ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ â ìÿãêîì äèàïàçîíå ñïåêòðà.  ðàáîòå ìû óäåëèëè ãëàâíîå âíèìàíèå ïðîöåññó
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
59
ôîòîèîíèçàöèè íàòåêàþùåãî ãàçà â ïðèìåíåíèè ê ïðîáëåìå èçëó÷åíèÿ â ðåçîíàíñíûõ ëèíèÿõ âîäîðîäî- è ãåëèåïîäîáíûõ èîíîâ æåëåçà.
2.2.1 Ïîñòàíîâêà çàäà÷è Ìû ðàññìàòðèâàåì íàòåêàíèå ñòàöèîíàðíîãî ïëîñêîãî îäíîìåðíîãî ïîòîêà íà íåïîäâèæíûé ôðîíò óäàðíîé âîëíû. Äëÿ îïðåäåëåííîñòè ïðåäïîëîæèì, ÷òî ãàç äâèæåòñÿ ñëåâà íàïðàâî. Ïîòîê õàðàêòåðèçóåòñÿ ñêîðîñòüþ u0 è ïëîòíîñòüþ ρ0 íåâîçìóù¼ííîãî ãàçà áåñêîíå÷íî äàëåêî îò ôðîíòà. Çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ áåðåì â äèàïàçîíå
4000 êì/ñ < u0 < 15000 êì/ñ,
10−14 ã/ñì3 < ρ0 < 10−9 ã/ñì3 , (2.103)
õàðàêòåðíîì äëÿ ãàçîâûõ ïîòîêîâ â òåñíûõ äâîéíûõ ñèñòåìàõ. Ïëîòíîñòü â ðàññìàòðèâàåìîì äèàïàçîíå ñëàáî âëèÿåò íà ñïåêòð èçëó÷åíèÿ. Çäåñü âàæåí ñàì ôàêò âûñâå÷èâàíèÿ, ïðè äàííûõ ñêîðîñòÿõ íå èìåþùèé ìåñòà â ñëèøêîì ðàçðåæåííîé ñðåäå. Íàîáîðîò, â î÷åíü ïëîòíîì ãàçå èçëó÷åíèå îêàçûâàåòñÿ çàïåðòûì, è âîçíèêàåò îïèñàííàÿ â [82] ñèòóàöèÿ òåðìîäèíàìè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ. Ñïåêòð èçëó÷åíèÿ óäàðíîé âîëíû äëÿ u0
< 4000 êì/ñ, êîãäà íå íàäî ó÷èòûâàòü ôîòîèîíèçàöèþ ïåðåä ôðîíòîì, âû÷èñëåí â [86]. Âåðõíÿÿ ãðàíèöà 15000 êì/ñ îïðåäåëÿåòñÿ òåì, ÷òî ìû ïðîâîäèì ðàñ÷åòû â íåðåëÿòèâèñòñêîì ïðèáëèæåíèè. Äëÿ îáúåêòîâ, ïåðå÷èñëåííûõ âî ââåäåíèè, òåìïåðàòóðà íåâîçìóù¼ííîãî ãàçà T0 íå ïðåâûøàåò 104 K. Ñëåäîâàòåëüíî, ÷èñëî Ìàõà, ñîîòâåòñòâóþùåå äèàïàçîíó ñêîðîñòåé (2.103),
çàâåäîìî
áîëüøå,
÷åì
104 .
Ïîýòîìó
ìû
èìååì
ïðàâî
ðàññìàòðèâàòü ñëó÷àé áåñêîíå÷íî ñèëüíîé óäàðíîé âîëíû, êîãäà òåìïåðàòóðà è äàâëåíèå p0 íåâîçìóù¼ííîãî ãàçà ïðèíèìàþòñÿ ðàâíûìè íóëþ. Íàì íåîáõîäèìî ó÷åñòü òðè õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòà: âîäîðîä, ãåëèé è æåëåçî. Âîäîðîä è ãåëèé îïðåäåëÿþò îõëàæäåíèå ïóò¼ì òîðìîçíîãî èçëó÷åíèÿ, à æåëåçî îõëàæäåíèå ïóòåì âîçáóæäåíèÿ ñïåêòðàëüíûõ ëèíèé è íàãðåâ ïðè ôîòîèîíèçàöèè.  ðàñ÷åòàõ ìû ïðèíÿëè ñðåäíåå
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
60
êîñìè÷åñêîå ñîäåðæàíèå ãåëèÿ è æåëåçà ïî ÷èñëó ÷àñòèö:
zHe = 0.1, zFe = 4 · 10−5 . Âåëè÷èíà zHe âëèÿåò íà òîðìîçíîå èçëó÷åíèå, à zFe - íà ñâåòèìîñòü ãàçà
â ëèíèÿõ æåëåçà.
Îñíîâíûå óðàâíåíèÿ
 ñòàöèîíàðíîì ïîòîêå çàêîíû ñîõðàíåíèÿ èìïóëüñà è ìàññû ñâîäÿòñÿ ê àëãåáðàè÷åñêèì óðàâíåíèÿì:
ρu = ρ0 u0
(2.104)
ρu2 + p = ρ0 u20
(2.105)
Çäåñü ρ ïëîòíîñòü ãàçà, p åãî äàâëåíèå. Äàâëåíèå âûðàæàåòñÿ ÷åðåç ïëîòíîñòü ÷èñëà òÿæ¼ëûõ ÷àñòèö èîíîâ âîäîðîäà è ãåëèÿ n è ñóììàðíóþ òåìïåðàòóðó Θ: (2.106)
p = nkΘ (k ïîñòîÿííàÿ Áîëüöìàíà). Ñóììàðíàÿ òåìïåðàòóðà ðàâíà
(2.107)
Θ = (1 + ze )T,
ãäå ze ÷èñëî ýëåêòðîíîâ â ðàñ÷åòå íà îäíó òÿæåëóþ ÷àñòèöó.  çàäà÷å îá èçëó÷åíèè âûñîêîçàðÿäíûõ èîíîâ æåëåçà âîäîðîä è ãåëèé ìîæíî ïîëàãàòü ïîëíîñòüþ èîíèçîâàííûìè.  ýòîì ñëó÷àå ÷èñëåííîå çíà÷åíèå
ze îïðåäåëÿåòñÿ ñîäåðæàíèåì ãåëèÿ: ne = nH + 2nHe = (nH + nHe ) + nHe = nh + nHe , ãäå nh
áåçðàçìåðíàÿ
êîíöåíòðàöèÿ
òÿæ¼ëûõ
÷àñòèö,
êîòîðàÿ
ïðèáëèçèòåëüíî ðàâíà ñóììàðíîé êîíöåíòðàöèè âîäîðîäà è ãåëèÿ, à ïîñêîëüêó ze = ne /nh è zHe = nHe /nh , òî
ze = 1 + zHe
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
ñ
òî÷íîñòüþ
îêîëî
îäíîãî
ïðîöåíòà
(òàêîâ
âêëàä
61
ïîëíîñòüþ
èîíèçîâàííîãî êèñëîðîäà). Ìîëåêóëÿðíûé âåñ µ, ñâÿçûâàþùèé ρ è
n ïî ôîðìóëå ρ = µmn, (m àòîìíàÿ åäèíèöà ìàññû), ðàâåí X µ= Ai zi , ãäå i
zi = ni /nh ñîäåðæàíèå äàííîãî ýëåìåíòà ïî ÷èñëó ÷àñòèö, Ai àòîìíûé âåñ õèìè÷åñêîãî ýëåìåíòà. Òî åñòü â íàøåì ñëó÷àå âîäîðîäî ãåëèåâîé ïëàçìû
µ = 1 + 3zHe . Èç (2.104) (2.106) ñëåäóåò êâàäðàòíîå óðàâíåíèå äëÿ ñêîðîñòè u êàê ôóíêöèè Θ. Èìååì ρ/ρ0 = u0 /u è
u2 +
ρ0 kΘ = u20 . µm ρ
Òîãäà
v 2 − v + σ = 0, ãäå v =
u kΘ , σ= . u0 µmu20
(2.108)
√ 1+ 1−4σ Ðåøåíèå v = ñïðàâåäëèâî äëÿ íàòåêàþùåãî íà ôðîíò ïîòîêà, 2 √ à v = 1− 21−4σ äëÿ ãàçà, îòòåêàþùåãî îò ôðîíòà. Óðàâíåíèå äëÿ
âíóòðåííåé ýíåðãèè E ñëåäóåò èç ïåðâîãî çàêîíà òåðìîäèíàìèêè
dE + p dV = dQ
(2.109)
Çäåñü V îáúåì, çàíèìàåìûé ãàçîì, à dQ ïîòåðè (èëè ïðèîáðåòåíèå) ýíåðãèè ïðè íåóïðóãèõ ïðîöåññàõ. Åñëè ìû çàïèñûâàåì (2.109) â ðàñ÷åòå íà îäíó òÿæåëóþ ÷àñòèöó, òî
3 E = kΘ, 2
V = 1/n.
(2.110)
Ââåäåì ëàãðàíæåâóþ êîîðäèíàòó t, ðàâíóþ ïðîìåæóòêó âðåìåíè, ïðîøåäøåãî ñ ìîìåíòà ïåðåñå÷åíèÿ ôðîíòà äàííûì ýëåìåíòîì ãàçà. Ïîñëå äèôôåðåíöèðîâàíèÿ ïî dt óðàâíåíèå ýíåðãèè ïðèîáðåòàåò âèä: µ ¶ dE d 1 dQ +p . (2.111) = dt dt n dt
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
62
Ïðàâàÿ ÷àñòü óðàâíåíèÿ ýíåðãèè
Ïðàâàÿ ÷àñòü (2.111) ðàâíà ñêîðîñòè ïîòåðü èëè ïðèîáðåòåíèÿ ýíåðãèè â ðàñ÷åòå íà îäíó òÿæåëóþ ÷àñòèöó:
dQ = −Gb ne + zFe [Gph − ne (Gr + Gc + Gl )] dt Çäåñü Gb
îïèñûâàåò òîðìîçíîå
èçëó÷åíèå, Gph
(2.112)
íàãðåâ
ïðè
ôîòîèîíèçàöèè, Gr ðåêîìáèíàöèîííîå èçëó÷åíèå, Gc ïîòåðè ýíåðãèè íà èîíèçàöèþ ýëåêòðîííûì óäàðîì, Gl ïîòåðè ïðè âîçáóæäåíèè ýëåêòðîíàìè ðåçîíàíñíûõ ïåðåõîäîâ èîíîâ æåëåçà ñ ïîñëåäóþùèì èçëó÷åíèåì. Íàïèøåì ÿâíûå ôîðìóëû äëÿ âñåõ ñëàãàåìûõ. Òîðìîçíîå èçëó÷åíèå [74]:
√ Gb = kA (1 + 3zHe ) T h
ýðã · ñì3 /c,
A = 4π · 5.44 · 10−39 .
Çäåñü h ïîñòîÿííàÿ Ïëàíêà, à ìíîæèòåëü (1 + 3zHe ) ó÷èòûâàåò âêëàä ãåëèÿ. Âåëè÷èíà Gb ñâÿçàíà ñ êîýôôèöèåíòîì èçëó÷åíèÿ εν , îïðåäåë¼ííûì â ôîðìóëå (2.128):
R∞ Gb =
εν dν
0
ne n
.
Îõëàæäåíèå â ëèíèÿõ âû÷èñëÿåòñÿ ñóììèðîâàíèåì ïî èîíàì æåëåçà, à äëÿ äàííîãî èîíà áåðåòñÿ ñóììà ïî âîçáóæäåííûì óðîâíÿì X X Gl = xion qline ∆Eline . ion
(2.113)
line
Çäåñü xion îòíîñèòåëüíàÿ êîíöåíòðàöèÿ ñîîòâåòñòâóþùåãî èîíà æåëåçà, qline êîýôôèöèåíò âîçáóæäåíèÿ óðîâíÿ, ýíåðãèÿ âîçáóæäåíèÿ êîòîðîãî ðàâíà ∆Eline . Ñëàãàåìîå Gr
ó÷èòûâàåò
óìåíüøåíèå
òåïëîâîé
ýíåðãèè
ïðè
ðåêîìáèíàöèè ýëåêòðîíà ñ ýíåðãèåé 32 kT :
X 3 xion rion , Gr = kT 2 ion
(2.114)
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
63
ãäå rion ñóììàðíûé êîýôôèöèåíò ðåêîìáèíàöèè. Ïðè óäàðíîé èîíèçàöèè ñâîáîäíûé ýëåêòðîí òåðÿåò ÷àñòü ñâîåé ýíåðãèè, ðàâíîé ïîòåíöèàëó èîíèçàöèè èîíà Pion : X Gc = xion qion Pion .
(2.115)
ion
Çäåñü qion êîýôôèöèåíò èîíèçàöèè ýëåêòðîííûì óäàðîì. Â
ðåçóëüòàòå
ôîòîèîíèçàöèè
òåïëîâàÿ
ýíåðãèÿ
ñèñòåìû
óâåëè÷èâàåòñÿ íà âåëè÷èíó ýíåðãèè êâàíòà hν çà âû÷åòîì ïîòåíöèàëà èîíèçàöèè. Ñêîðîñòü ïðèîáðåòåíèÿ ýíåðãèè ðàâíà
Gph =
X ion
X Z Fν ¡ ¢ th xion hν − Pion σ(ν) dν, hν ∞
(2.116)
th ν th
ïðè÷åì âòîðàÿ ñóììà ó÷èòûâàåò èîíèçàöèþ èç âíóòðåííèõ îáîëî÷åê. Çäåñü νth ïîðîãîâàÿ ÷àñòîòà ñîîòâåòñòâóþùåé ãðàíèöû èîíèçàöèè, Fν ñïåêòðàëüíûé ïîòîê èçëó÷åíèÿ, à σ(ν) ñå÷åíèå ôîòîèîíèçàöèè êàê ôóíêöèè ÷àñòîòû. Èíäåêñû th è ion ó ñå÷åíèÿ ïîäðàçóìåâàþòñÿ. Ïîãëîùåíèå
èîíèçóþùåãî
èçëó÷åíèÿ
ó÷èòûâàëîñü
ñëåäóþùèì
îáðàçîì. Ïóñòü Fν0 ïîòîê èçëó÷åíèÿ ãîðÿ÷åãî ãàçà, âûñâå÷èâàþùåãîñÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû. Äåòàëüíûå ðàñ÷åòû [49] ïîêàçàëè, ÷òî â îáëàñòè, ãäå â îñíîâíîì ôîðìèðóåòñÿ ïîòîê Fν0 , ìîæíî ïðåíåáðå÷ü ñàìîïîãëîùåíèåì, à â îáëàñòè íàãðåâà ôîòîèîíèçàöèåé ñîáñòâåííûì èçëó÷åíèåì èîíèçóåìîãî ãàçà. Ïîýòîìó ñïåêòðàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå Fν ìîæåò áûòü îïèñàíî ôîðìóëîé
Fν = Fν0 exp (−τν ) , â êîòîðîé îïòè÷åñêàÿ ãëóáèíà τν íà ÷àñòîòå ν âûðàæàåòñÿ ÷åðåç ðàññòîÿíèå l îò ðàññìàòðèâàåìîé òî÷êè äî ôðîíòà óäàðíîé âîëíû: ! Z l ÃX X τν = zFe n xion σth (ν) dl 0
ion
th
Àòîìíûå äàííûå è çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòîâ âçÿòû íàìè èç èç [87, 88, 89, 90].
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
64
Óðàâíåíèå äëÿ òåìïåðàòóðû
Ïðåîáðàçóåì (2.111) â óðàâíåíèå äëÿ òåìïåðàòóðû. Ñ ýòîé öåëüþ âîñïîëüçóåìñÿ (2.108) è çàïèøåì óðàâíåíèå äëÿ Θ:
k
dΘ 1 dQ = . 3 d ln u dt dt + 2 d ln Θ
(2.117)
Ñîãëàñíî (2.107),
dΘ dT dze = (1 + ze ) + T (2.118) dt dt dt Ôîðìóëà äëÿ dze /dt ñëåäóåò èç ñèñòåìû óðàâíåíèé íåñòàöèîíàðíîé èîíèçàöèè: dxm = Im−1 xm−1 − (Im + Rm ) xm + Rm+1 xm+1 , (2.119) dt ãäå xj îòíîñèòåëüíàÿ êîíöåíòðàöèÿ j−ãî ñîñòîÿíèÿ èîíèçàöèè æåëåçà, Ij åãî ñêîðîñòü èîíèçàöèè, Rj ñêîðîñòü ðåêîìáèíàöèè â (j − 1)−å ñîñòîÿíèå. Âåëè÷èíà Ij ñêëàäûâàåòñÿ èç ñêîðîñòè èîíèçàöèè ýëåêòðîííûì óäàðîì è ñêîðîñòè ôîòîèîíèçàöèè:
ãäå
Ij = qj ne + P Hj ,
(2.120)
X Z Fν P Hj = σth (ν) dν, hν
(2.121)
Rj = rj ne .
(2.122)
∞
th ν th
à
Èçìåíåíèå ze îïðåäåëÿåòñÿ â îñíîâíîì èîíàìè æåëåçà, òàê êàê â ðàññìàòðèâàåìûõ íàìè óñëîâèÿõ âîäîðîä è ãåëèé ìîæíî ñ÷èòàòü ïîëíîñòüþ
èîíèçîâàííûìè,
à
âêëàäîì
äðóãèõ
ýëåìåíòîâ
ìû
ïðåíåáðåãàåì. Òî åñòü êîëè÷åñòâî ýëåêòðîíîâ, ïîëó÷àþùèõñÿ ïðè èîíèçàöèè âîäîðîäà è ãåëèÿ, ìîæíî ñ÷èòàòü ïîñòîÿííûì. Ñëàãàåìîå, êîòîðîå
îïèñûâàåò
êîëè÷åñòâî
ýëåêòðîíîâ,
èîíèçàöèè æåëåçà, âûãëÿäèò òàê: X zFe (m − 1)xm , m
ïîëó÷àþùèõñÿ
ïðè
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
65
òîãäà èçìåíåíèå ñîäåðæàíèÿ ýëåêòðîíîâ çàïèøåòñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì: X dze dxm = zFe (m − 1) . (2.123) dt dt m Ïîäñòàâëÿÿ
(2.119)
â
(2.123)
è
ñóììèðóÿ
âñå
ñëàãàåìûå,ïîñëå
ïðåîáðàçîâàíèé ïðèõîäèì ê îêîí÷àòåëüíîé ôîðìóëå: à ! X X dze = zFe I l xl − R n xn , dt n
(2.124)
l
ãäå ïåðâîå ñóììèðîâàíèå ïðîâîäèòñÿ ïî òåì æå èîíàì, ÷òî è â (2.115), à âòîðîå êàê â (2.114). Ïðè íåîáõîäèìîñòè ïîëó÷åííàÿ ôîðìóëà îáîáùàåòñÿ íà ñëó÷àé ëþáîãî ÷èñëà õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ. Ïîëó÷èì
óðàâíåíèå
äëÿ
òåìïåðàòóðû.
Äëÿ
ýòîãî
â
(2.117)
ïîäñòàâëÿåì (2.112), (2.118) è (2.123), ïðèíèìàÿ âî âíèìàíèå (2.113), (2.114), (2.115) è (2.116). Ïðè ýòîì ñëàãàåìûå, ñîäåðæàùèå Gb è Gl îñòàþòñÿ áåç èçìåíåíèé. Ñîáèðàåì ñëàãàåìûå ñ Gr , ïîëó÷èì ! µ ¶Ã X 2 dlnu 3 dlnu Ri xi = zFe ne Gr −zFe −zFe ne Gr − kT + . 2 dθ 3 dΘ i
Òåïåðü ðàññìîòðèì ñëàãàåìîå, ó÷èòûâàþùåå èîíèçàöèþ ýëåêòðîííûì óäàðîì. Ñîáèðàåì ñîîòâåòñòâóþùèå ÷ëåíû è ïîëó÷èì: µ
−zFe ne Gc − kT
3 dlnu + 2 dΘ
¶
zFe
X
qi ne xi = −zFe ne
i
X
·
qi xi Pi +
i
µ
3 dlnu + 2 dΘ
¶
¸
kT
.
Îñòàëîñü ñëàãàåìîå ñ ôîòîèîíèçàöèåé. Èìååì zFe Gph − zFe
X
P Hi xi = zFe
X
i
i
∞ µ ¶ ¸ X Z Fν · 3 d ln u th xi hν − Pion − + kT σ(ν) dν. hν 2 d ln Θ th νth
Îêîí÷àòåëüíî óðàâíåíèå äëÿ òåìïåðàòóðû ìîæíî âûïèñàòü ñëåäóþùèì îáðàçîì:
µ k
3 d ln u + 2 d ln Θ
ñ ïðàâîé ÷àñòüþ
S = −Gb ne + zFe ne
µ
¶ (1 + ze )
dT = S dt
¶ 2 d ln u Gr − Gl − Φc + zFe Φph , 3 d ln Θ
(2.125)
(2.126)
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
ãäå
Φc =
X
·
µ
qion xion Pion +
ion
è
Φph =
X ion
d ln u + d ln Θ
¶
66
¸ kT
∞ µ ¶ ¸ X Z Fν · d ln u th xion hν − Pion − + kT σ(ν) dν. hν d ln Θ th ν th
Èòàê, çàäà÷à ñâåäåíà ê ðåøåíèþ îäíîãî äèôôåðåíöèàëüíîãî óðàâíåíèÿ äëÿ òåìïåðàòóðû, â ïðàâîé ÷àñòè êîòîðîãî íàäî ó÷åñòü àëãåáðàè÷åñêîå óðàâíåíèå (2.108). Ñòàöèîíàðíîå ïðèáëèæåíèå äëÿ íàòåêàþùåãî ïîòîêà
Ðàñ÷åò ôîòîèîíèçàöèè íàòåêàþùåãî ïîòîêà ñîäåðæèò òðóäíîñòü, ñâÿçàííóþ ñ ó÷åòîì âçàèìîäåéñòâèÿ ïîëÿ èçëó÷åíèÿ ñ âåùåñòâîì. Ñîñòîÿíèå èîíèçàöèè ôèêñèðîâàííîãî ýëåìåíòà ãàçà ýâîëþöèîíèðóåò ñëåâà íàïðàâî: æåëåçî èîíèçóåòñÿ ïî ìåðå ïðèáëèæåíèÿ ê ôðîíòó ïîä äåéñòâèåì óñèëèâàþùåãîñÿ ïîëÿ èçëó÷åíèÿ. Èçëó÷åíèå ôðîíòà ïîãëîùàåòñÿ â íàòåêàþùåì ãàçå è, òàêèì îáðàçîì, ôîðìèðóåòñÿ ñïðàâà íàëåâî. Ñëåäîâàòåëüíî, åñëè ìû áóäåì âû÷èñëÿòü êîíöåíòðàöèè èîíîâ ñëåâà íàïðàâî, èñõîäÿ èç ãðàíè÷íûõ óñëîâèé, òî ñòîëêíåìñÿ ñ òðóäíîñòüþ ðàñ÷åòà ïîëÿ èçëó÷åíèÿ: íåîáõîäèìî çíàòü ñîñòîÿíèå èîíèçàöèè ïðàâåå ðàññìàòðèâàåìîé òî÷êè. Èíûìè ñëîâàìè, ìû óæå äîëæíû çíàòü òî, ÷òî ñîáèðàåìñÿ âû÷èñëèòü. Ðàñ÷åò êîíöåíòðàöèè ñïðàâà
íàëåâî,
â
íàïðàâëåíèè
ôîðìèðîâàíèÿ
ïîëÿ
èçëó÷åíèÿ,
òðåáóåò ïðåäâàðèòåëüíûõ ñâåäåíèé î íåèçâåñòíûõ çàðàíåå âåëè÷èíàõ: òåìïåðàòóðå è ñîñòîÿíèè èîíèçàöèè íà ôðîíòå. Óêàçàííàÿ îñîáåííîñòü õàðàêòåðíà èìåííî äëÿ íàòåêàþùåãî ïîòîêà, òàê êàê â îòòåêàþùåì îò ôðîíòà ãàçå èçëó÷åíèå è ñîñòîÿíèå èîíèçàöèè ôîðìèðóþòñÿ â îäíîì íàïðàâëåíèè. Â
ðàññìàòðèâàåìîì
íàìè
äèàïàçîíå
ñêîðîñòåé
ïðèñóòñòâóþò
óïðîùàþùèå çàäà÷ó ôàêòîðû. Ðàñ÷åòû ïîêàçàëè, ÷òî â êàæäîé òî÷êå óñïåâàþò óñòàíîâèòüñÿ ñòàöèîíàðíûå çíà÷åíèÿ òåìïåðàòóðû
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
è
êîíöåíòðàöèè
èîíîâ
æåëåçà.
Îòñþäà
ñëåäóåò
67
ïðèìåíèìîñòü
ñòàöèîíàðíîãî ïðèáëèæåíèÿ, â êîòîðîì ñîñòîÿíèå èîíèçàöèè æåëåçà è òåìïåðàòóðà ãàçà â íàòåêàþùåì ïîòîêå ïîëíîñòüþ îïðåäåëÿþòñÿ ëîêàëüíûì ïîëåì èçëó÷åíèÿ. Åñëè ìû çíàåì òåìïåðàòóðó ãàçà è ïîòîê èîíèçóþùåãî èçëó÷åíèÿ íà ôðîíòå (êîòîðûé îïðåäåëÿåòñÿ ñâîáîäíîñâîáîäíûìè ïåðåõîäàìè), òî òåìïåðàòóðà è êîíöåíòðàöèè èîíîâ æåëåçà íåïîñðåäñòâåííî ïåðåä ôðîíòîì ëåãêî âû÷èñëÿþòñÿ, ïîñëå ÷åãî ðàñ÷åòû èîíèçàöèè ìîæíî âûïîëíÿòü ñïðàâà íàëåâî. Ïðèâåäåì îáîñíîâàíèÿ ñïðàâåäëèâîñòè ñòàöèîíàðíîãî ïðèáëèæåíèÿ. Ìàñøòàá âðåìåíè ôîòîèîíèçàöèè tph äëÿ j−ãî èîíà ðàâåí
tjph =
1 . P Hj
Àíàëîãè÷íî îïðåäåëÿåòñÿ ìàñøòàá âðåìåíè ðåêîìáèíàöèè: 1 . tjr = Rj Ââåäåì õàðàêòåðíîå âðåìÿ íàãðåâà ïóòåì ôîòîèîíèçàöèè:
theat = à
òàêæå
âðåìåííûå
ìàñøòàáû
ðåçîíàíñíûõ ïåðåõîäîâ
3 kT , 2 zFe Φph îõëàæäåíèÿ
ïóòåì
âîçáóæäåíèÿ
3 kT , 2 zFe ne Gl
tl = è ïóòåì òîðìîçíîãî èçëó÷åíèÿ
3 kT . 2 ne Gb Íàìè áûëè ïðîâåäåíû äåòàëüíûå ðàñ÷åòû â ðàìêàõ ñòàöèîíàðíîãî tb =
ïðèáëèæåíèÿ. Îíè ïîêàçàëè, ÷òî îñíîâíîé âêëàä â îõëàæäåíèå ñðåäè ðàññìàòðèâàåìûõ íàìè ïðîöåññîâ, äàþò ðåçîíàíñíûå ïåðåõîäû è òîðìîçíîå èçëó÷åíèå. Ïîýòîìó îñòàëüíûå ïðîöåññû â îöåíêàõ õàðàêòåðíûõ âðåìåí ìîæíî íå ó÷èòûâàòü.  ñèëó (2.125), (2.126), îáðàòíàÿ âåëè÷èíà âðåìåíè îõëàæäåíèÿ tcool ðàâíà ñóììå îáðàòíûõ çíà÷åíèé tl è tb :
1 tcool
=
1 1 + tb tl
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
68
Îïðåäåëèì äèíàìè÷åñêèé ìàñøòàá âðåìåíè tD . Äëÿ ýòîãî ïîñðåäñòâîì
lD îáîçíà÷èì ðàññòîÿíèå, íà êîòîðîì ñêîðîñòü ôîòîíàãðåâà óìåíüøàåòñÿ íà
10%
çà
ñ÷åò
ïîãëîùåíèÿ
èçëó÷åíèÿ.
Âåëè÷èíó tD
ïðèìåì
ðàâíîé ïðîìåæóòêó âðåìåíè, â òå÷åíèå êîòîðîãî íàòåêàþùèé ãàç ïðîõîäèò ðàññòîÿíèå, ðàâíîå lD . Âûðàçèì óñëîâèå ïðèìåíèìîñòè ñòàöèîíàðíîãî ïðèáëèæåíèÿ ÷åðåç ââåäåííûå âûøå õàðàêòåðíûå âðåìåíà. Îáîçíà÷èì ÷åðåç βion îòíîøåíèå tph /tD . Ñîñòîÿíèå èîíèçàöèè k-ãî èîíà óñòàíàâëèâàåòñÿ çà âðåìÿ tkph . Åñëè ãàç çà ýòî âðåìÿ ïðîõîäèò ðàññòîÿíèå, ìåíüøåå lD , òî îí áóäåò íàõîäèòüñÿ ïðàêòè÷åñêè â íåèçìåííîì ïîëå
èçëó÷åíèÿ. Ïîýòîìó íåîáõîäèìûì óñëîâèåì
ñòàöèîíàðíîñòè ÿâëÿåòñÿ
βion ¿ 1. Âòîðîå óñëîâèå âûðàæàåò ïîñòîÿíñòâî òåìïåðàòóðû (îò êîòîðîé çàâèñèò ñêîðîñòü ðåêîìáèíàöèè). Ïîâòîðèâ ðàññóæäåíèÿ, êîòîðûå ïðèâåëè íàñ ê ïîñëåäíåé ôîðìóëå, ìû ïîëó÷èì óñëîâèå ñòàöèîíàðíîñòè ïî íàãðåâó
βheat ¿ 1. ãäå
max(theat , tcool ) tD Ïðè âûïîëíåíèè ýòîãî óñëîâèÿ áîëüøèå ïî àáñîëþòíîé âåëè÷èíå βheat =
ñëàãàåìûå â ïðàâîé ÷àñòè (2.126) ïðàêòè÷åñêè êîìïåíñèðóþò äðóã äðóãà; â ðåçóëüòàòå ïðîèçâîäíàÿ îò òåìïåðàòóðû ñòàíîâèòñÿ îòíîñèòåëüíî ìàëîé âåëè÷èíîé. Âåëè÷èíû βion è βheat ñëåâà îò ôðîíòà, êàê ïîêàçàëè ïîäðîáíûå ðàñ÷åòû,
äåéñòâèòåëüíî
ìàëû,
÷òî
èëëþñòðèðóåò
ðèñ.
2.5.
Íà
í¼ì ïðèâåäåíû çàâèñèìîñòè βion (u0 ) è βheat (u0 ) â äâóõ òî÷êàõ: íåïîñðåäñòâåííî ïåðåä âÿçêèì ñêà÷êîì (ñïëîøíûå ëèíèè), è òàì, ãäå êîíöåíòðàöèÿ âîäîðîäîïîäîáíîãî èîíà æåëåçà x26 óìåíüøàåòñÿ äî
0.05
(ïóíêòèð).
Ìåæäó
íèìè
ôîðìèðóåòñÿ
îñíîâíàÿ
÷àñòü
ðåêîìáèíàöèîííîãî èçëó÷åíèÿ âîäîðîäî- è ãåëèåïîäîáíûõ èîíîâ æåëåçà. Äâå âåðõíèå êðèâûå à) îïèñûâàþò ôóíêöèþ βheat (u0 ), à äâå íèæíèå á) -
βion (u0 ).
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
69
lgb à
-1 -3
á
-5 4
6
8
10 12 14
u0, ñì/c
Ðèñ. 2.5: Ïðèìåíèìîñòü ñòàöèîíàðíîãî ïðèáëèæåíèÿ: à) ïî íàãðåâó è á) ïî èîíèçàöèè. Äâå âåðõíèå êðèâûå îïèñûâàþò ôóíêöèþ βheat (u0 ), à äâå íèæíèå βion (u0 ).
Âñå ìàñøòàáû âðåìåíè îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíû ïëîòíîñòè ãàçà.  ñëó÷àå tcool è trec ýòî ñëåäóåò íåïîñðåäñòâåííî èç îïðåäåëåíèÿ. Ñïåêòðàëüíàÿ
ïëîòíîñòü
èçëó÷åíèÿ
ãàçà
ïîçàäè
ôðîíòà
Fν
ïðîïîðöèîíàëüíà ρ0 [50]. Ïîýòîìó tph , theat è tD çàâèñÿò îò n0 òàê æå, êàê è tcool è trec . Ñëåäîâàòåëüíî, îòíîøåíèÿ βion è βheat íå çàâèñÿò îò ïëîòíîñòè. Âêëàä ðàçëè÷íûõ ïðîöåññîâ â ñêîðîñòü îõëàæäåíèÿ
Çäåñü ìû ïðèâåäåì òå ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ, ïî êîòîðûì ìîæíî ñóäèòü îá îòíîñèòåëüíîì âêëàäå ðàçíûõ ñëàãàåìûõ ïðàâîé ÷àñòè (2.126). Îñíîâíûìè ïðîöåññàìè îõëàæäåíèÿ îêàçàëèñü ñâîáîäíîñâîáîäíûå ïåðåõîäû è âîçáóæäåíèå èîíîâ æåëåçà. Âêëàä èîíèçàöèè ýëåêòðîííûì óäàðîì è ðåêîìáèíàöèè íå ïðåâûøàåò 0.1%. Ñëåäîâàòåëüíî, â (2.126) ìîæíî îïóñòèòü ñëàãàåìûå ñ Gr è Φc , ÷òî ìû è áóäåì äåëàòü â äàëüíåéøåì. Ñàìûì ìîùíûì ìåõàíèçìîì îõëàæäåíèÿ âñþäó ïåðåä ôðîíòîì ÿâëÿåòñÿ òîðìîçíîå èçëó÷åíèå. Íà ðèñ. 2.6 ïðèâåäåíà çàâèñèìîñòü îòíîøåíèÿ rline = tl /tb îò ðàññòîÿíèÿ äî ôðîíòà äëÿ ðàçíûõ çíà÷åíèé ñêîðîñòè íåâîçìóù¼ííîãî ãàçà ïðè n0 = 1015 ñì−3 . Áîëüøèì çíà÷åíèÿì rline ñîîòâåòñòâóåò ìàëûé âêëàä ëèíèé â îõëàæäåíèå. Õîðîøî âèäíî, ÷òî âîçáóæäåíèå èîíîâ æåëåçà âñåãäà ñëàáåå òîðìîçíîãî èçëó÷åíèÿ, íî â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ îíî ìîæåò áûòü çàìåòíûì. Ïîýòîìó
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
70
â (2.126) íåîáõîäèìî óäåðæàòü ñëàãàåìîå ñ Gl . lgrline
3
2
1
6.8 7.0 7.2 7.4
lgL
Ðèñ. 2.6: Ñðàâíåíèå âðåì¼í îõëàæäåíèÿ â ëèíèÿõ è â êîíòèíóóìå ïåðåä ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû. Ïóíêòèðíàÿ ëèíèÿ îòâå÷àåò u0 = 7000 êì/ñ, òî÷å÷íàÿ 10000 êì/ñ, ñïëîøíàÿ 13000 êì/ñ.
2.2.2 Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èîíèçóþùåãî èçëó÷åíèÿ Ïîçàäè ôðîíòà óäàðíîé âîëíû òîðìîçíîå èçëó÷åíèå è âîçáóæäåíèå ëèíèé æåëåçà îñòàþòñÿ, êàê è ïåðåä ôðîíòîì, ãëàâíûìè ìåõàíèçìàìè îõëàæäåíèÿ. Ïîòåíöèàëû èîíèçàöèè âîäîðîäî è ãåëèåïîäîáíîãî èîíîâ æåëåçà ïðåâûøàþò ýíåðãèè äèñêðåòíûõ ïåðåõîäîâ, ñëåäîâàòåëüíî, èîíèçóþùåå èçëó÷åíèå ôîðìèðóåòñÿ òîëüêî ïóòåì ñâîáîäíîñâîáîäíûõ ïåðåõîäîâ. Ïðàâäà, âîçáóæäåíèå ëèíèé ìîæåò îïîñðåäîâàííî âëèÿòü íà ñïåêòð èçëó÷åíèÿ ÷åðåç ñêîðîñòü îõëàæäåíèÿ, òàê êàê ãàç îõëàæäàåòñÿ, è åãî ñïåêòð ìåíÿåòñÿ. Íî â ðàññìàòðèâàåìîì èíòåðâàëå ñêîðîñòåé ýòîò ýôôåêò íåâåëèê, ÷òî ïîäòâåðæäàþò äåòàëüíûå ðàñ÷¼òû: â òî÷êå, ãäå èîíèçóþùåå èçëó÷åíèå ñôîðìèðîâàíî íà 99%, îòíîñèòåëüíûé âêëàä âîçáóæäåíèÿ ëèíèé â ñêîðîñòü îõëàæäåíèÿ ñîñòàâëÿåò ëèøü îêîëî 12%.  îáëàñòè áîëåå âûñîêèõ òåìïåðàòóð âêëàä ëèíèé çíà÷èòåëüíî ìåíüøå. Íà ðèñ. 2.7 ïðèâåäåíà çàâèñèìîñòü ââåä¼ííîé âûøå âåëè÷èíû
rline îò òåêóùåãî çíà÷åíèÿ òåìïåðàòóðû T çà ôðîíòîì. Ðàñ÷¼òû,
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
71
lgrline 4 3 2 1 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 lgT Ðèñ. 2.7: Îòíîñèòåëüíûé âêëàä âîçáóæäåíèÿ èîíîâ æåëåçà â ñêîðîñòü îõëàæäåíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû.
ïðîâåä¼ííûå äëÿ ìíîãèõ çíà÷åíèé u0 èç (2.103) ïîêàçàëè, ÷òî âåëè÷èíà
rline ïðè ôèêñèðîâàííîì çíà÷åíèè T ïðàêòè÷åñêè îäèíàêîâà äëÿ ðàçíûõ ñêîðîñòåé u0 . Ïîýòîìó ãðàôèê ðèñ. 2.7 ñïðàâåäëèâ äëÿ âñåõ ñêîðîñòåé. Óêàçàííîå îáñòîÿòåëüñòâî ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü àíàëèòè÷åñêîå âûðàæåíèå äëÿ Fν0 . Ðàñ÷åòû ïðîâîäèëèñü ïî ôîðìóëå Z 1 εν dl, Fν0 = 2
(2.127)
â êîòîðîé ñïåêòðàëüíûé êîýôôèöèåíò òîðìîçíîãî èçëó÷åíèÿ ðàâåí µ ¶ hν ýðã −1/2 εν = A · T exp − ( 1 + 3 zHe) ne n . (2.128) kT ñì3 ñåê Ãö Ìíîæèòåëü
1 2
ïåðåä èíòåãðàëîì ó÷èòûâàåò â ðàìêàõ ïëîñêîãî
îäíîìåðíîãî ïðèáëèæåíèÿ âïåðåäíàçàä òîò ôàêò, ÷òî èîíèçóþùåå èçëó÷åíèå ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ â äâóõ íàïðàâëåíèÿõ îò ôðîíòà. Èíòåãðèðîâàíèå ïî êîîðäèíàòå dl ñâîäèòñÿ ê èíòåãðèðîâàíèþ ïî òåìïåðàòóðå ñ ïîìîùüþ óðàâíåíèÿ (2.125) è ñîîòíîøåíèÿ
dt dT, dT ñâÿçûâàþùåãî ðàññòîÿíèå l íåêîòîðîé òî÷êè äî ôðîíòà ñ ìãíîâåííûì dl = u
çíà÷åíèåì òåìïåðàòóðû T . Ñîãëàñíî ñêàçàííîìó âûøå, â ïðàâîé ÷àñòè (2.125) ìû ñîõðàíèëè òîëüêî ñëàãàåìîå ñ Gb .  ëåâîé ÷àñòè ïðîèçâîäíàÿ
d ln u/d ln Θ ïðèíÿòà ðàâíîé åäèíèöå ýòî ïðèáëèæåíèå ñïðàâåäëèâî ïðè ìàëûõ ñêîðîñòÿõ, êîãäà â ñîîòíîøåíèè (2.108) ìîæíî ïðåíåáðå÷ü
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
72
v 2 ïî ñðàâíåíèþ ñ v . Ïîçàäè ôðîíòà, ãäå äàâëåíèå ñ äîñòàòî÷íîé òî÷íîñòüþ îäíîðîäíî (ïî ñðàâíåíèþ ñ òåìïåðàòóðîé è ïëîòíîñòüþ) ýòî ïðèáëèæåíèå ïðèâîäèò ê îøèáêå íå áîëåå òð¼õ ïðîöåíòîâ.  ðåçóëüòàòå ïîëó÷èì îòêóäà ñëåäóåò
dt 5 (1 + ze )h √ = dT 2 A T ne (1 + 3zHe ) Fν0 =
5 (1 + ze )h n0 u0 E1 4
Ã
hν kTô
! ,
ãäå E1 (x) èíòåãðàëüíàÿ ïîêàçàòåëüíàÿ ôóíêöèÿ, à Tô òåìïåðàòóðà íà ôðîíòå.
2.2.3 Èçëó÷åíèå â ðåçîíàíñíûõ ëèíèÿõ èîíîâ æåëåçà Ðåøåíèå óðàâíåíèÿ (2.125) äàåò çàâèñèìîñòü òåìïåðàòóðû îò êîîðäèíàòû.  ñòàöèîíàðíîì ïðèáëèæåíèè êîíöåíòðàöèè èîíîâ æåëåçà ÿâëÿþòñÿ îäíîçíà÷íûìè ôóíêöèÿìè òåìïåðàòóðû è ëîêàëüíîãî ïîëÿ èçëó÷åíèÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, ìû ìîæåì âû÷èñëèòü ïîòîê èçëó÷åíèÿ â ëèíèÿõ æåëåçà ïî ôîðìóëå, àíàëîãè÷íîé (2.127), â êîòîðîé âìåñòî
εν íàäî ïîäñòàâèòü ýôôåêòèâíûé êîýôôèöèåíò èçëó÷åíèÿ j−ãî èîíà æåëåçà ∗ ∗ ∗ εj = (qinn xj−1 + qexc xj + αrec xj+1 ) ∆E zFe n ne .
Çäåñü ïåðâîå ñëàãàåìîå îïèñûâàåò âîçáóæäåíèå j−ãî èîíà ïóòåì èîíèçàöèè èç âíóòðåííåé îáîëî÷êè (j − 1)−ãî èîíà, âòîðîå âîçáóæäåíèå ýëåêòðîííûì óäàðîì, òðåòüå ðåêîìáèíàöèþ. Ìíîæèòåëè ∗ ∗ ∗ qinn , qexc è αrec ñîîòâåòñòâåííî, ýôôåêòèâíûé (ñ ó÷¼òîì êàñêàäîâ)
êîýôôèöèåíò
èîíèçàöèè
èç
âíóòðåííåé
îáîëî÷êè,
êîýôôèöèåíò
âîçáóæäåíèÿ ýëåêòðîííûì óäàðîì è êîýôôèöèåíò ðåêîìáèíàöèè;
∆E ýíåðãèÿ ñîîòâåòñòâóþùåãî ïåðåõîäà. Àòîìíûå äàííûå âçÿòû èç [91]. Ïîòîê èçëó÷åíèÿ â ëèíèè óäîáíî íîðìèðîâàòü íà âåëè÷èíó
F =
1 ρ0 u30 , 2
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
73
â ñëó÷àå ïîëíîãî âûñâå÷èâàíèÿ ðàâíóþ ïîòîêó ýíåðãèè ÷åðåç ôðîíò [74]. Ðàñ÷åòû âûïîëíåíû äëÿ ïåðåõîäà Lyα âîäîðîäîïîäîáíîãî èîíà x26 è òðåõ ïåðåõîäîâ ãåëèåïîäîáíîãî èîíà x25 íà îñíîâíîé óðîâåíü 11 S0 : ñ óðîâíåé 21 P1 , 23 S1 è 23 P1 . Ïåðåíóìåðóåì ïåðåõîäû ñëåäóþùèì îáðàçîì: íîìåð
ïåðåõîä
èîí
1
21 P1 − 11 S0 FeXXV
2
23 P1 − 11 S0 FeXXV 23 S1 − 11 S0 FeXXV 2p − 1s FeXXVI
3 4
è ñîñòàâèì áåçðàçìåðíûå îòíîøåíèÿ
Fj , F ãäå Fj ïîòîê èçëó÷åíèÿ ïðè j−ì ïåðåõîäå. Áåçðàçìåðíûå ïîòîêè fj êàê ôóíêöèè u0 ïðèâåäåíû íà ðèñ. 2.8: ñïëîøíàÿ ëèíèÿ èçëó÷åíèå f + ãàçà ñïðàâà îò ôðîíòà, ïóíêòèð ñëåâà îò ôðîíòà, f − . Òî÷êàìè fj =
îáîçíà÷åí îòíîñèòåëüíûé âêëàä â Fj ãàçà ñëåâà îò ôðîíòà, òî åñòü âåëè÷èíà f − /(f + +f − ). Èç ïðèâåä¼ííûõ ãðàôèêîâ âèäíî, ÷òî èçëó÷åíèåì íàòåêàþùåãî ãàçà ìîæíî ïðåíåáðå÷ü ïðè u0 < 4000êì/ñ. Îíî ðàñòåò ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ ñêîðîñòè è óæå ïðè u0 > 5000êì/ñ ñòàíîâèòñÿ ñðàâíèìûì ñ èçëó÷åíèåì îòòåêàþùåãî îò ôðîíòà ãàçà. Ïî ìåðå äàëüíåéøåãî óâåëè÷åíèÿ ñêîðîñòè ôðîíòà âêëàä ãàçà ñëåâà îò ôðîíòà ñòàíîâèòñÿ îïðåäåëÿþùèì. Îáñóäèì
ôèçè÷åñêèé
ñìûñë
ïîëó÷åííûõ
ðåçóëüòàòîâ.
Ðåêîìáèíàöèîííîå èçëó÷åíèå íàòåêàþùåãî ãàçà ÿâëÿåòñÿ âòîðè÷íûì ïðîöåññîì ïî îòíîøåíèþ ê âûñâå÷èâàíèþ ãàçà ïîçàäè ôðîíòà. Ïîýòîìó åãî îòíîñèòåëüíûé âêëàä â ïîëíûé ïîòîê èçëó÷åíèÿ óäàðíîé âîëíû äîëæåí áûòü ìàë ïðè âñåõ óñëîâèÿõ. Íî êàê ìû óñòàíîâèëè âûøå, â ëèíèÿõ âûñâå÷èâàåòñÿ ëèøü ìàëàÿ ÷àñòü ýíåðãèè, ïîëó÷àåìîé ãàçîì íà ôðîíòå. Ïðè áîëüøèõ çíà÷åíèÿõ u0 æåëåçî íà ôðîíòå ïîëíîñòüþ èîíèçóåòñÿ, ÷òî ïðèâîäèò ê óìåíüøåíèþ ñâå÷åíèÿ â ðåçîíàíñíûõ ëèíèÿõ. Ïîòîê èîíèçóþùåãî èçëó÷åíèÿ, íàîáîðîò, óâåëè÷èâàåòñÿ è
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû lg f1
lg f2
0
0
-1
-1
-2
-2
-3
-3
4
6
8 10 12 14 16 8 u0, 10 ñì/ñ
lg f3
lg f4
0
0
4
6
8 10 12 14 16 8 u0, 10 ñì/ñ
4
6
8 10 12 14 16 8 u0, 10 ñì/ñ
74
-1 -1
-2 -3
-2
-4 -5
-3
-6 4
6
8 10 12 14 16 8 u0, 10 ñì/ñ
Ðèñ. 2.8: Èçëó÷åíèå èîíîâ æåëåçà â äèñêðåòíûõ ïåðåõîäàõ: à) 21 P1 − 11 S0 èîíà FeXXV, á) 23 P1 − 11 S0 èîíà FeXXV, â) 23 S1 − 11 S0 èîíà FeXXV, ã) Lyα èîíà FeXXVI
îáóñëàâëèâàåò ðîñò ðåêîìáèíàöèîííîãî ñâå÷åíèÿ æåëåçà ïåðåä ôðîíòîì. T_,êý 0.3
0.2
0.1
4
6
8 10 12 14 16
8
u , 10 ñì/ñ 0
Ðèñ. 2.9: Òåìïåðàòóðà íàòåêàþùåãî ãàçà ïåðåä âÿçêèì ñêà÷êîì.
Ñâå÷åíèå íàòåêàþùåãî ãàçà â ðåçîíàíñíûõ ëèíèÿõ âîäîðîäî- è
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
75
ãåëèåïîäîáíîãî èîíîâ æåëåçà îïðåäåëÿåòñÿ, â îñíîâíîì, ðàäèàòèâíîé ðåêîìáèíàöèåé.
Îòíîñèòåëüíûé
âêëàä
òðåõ
äðóãèõ
ïðîöåññîâ
(èîíèçàöèè èç âíóòðåííåé îáîëî÷êè, âîçáóæäåíèÿ ýëåêòðîííûì óäàðîì è äèýëåêòðîííîé ðåêîìáèíàöèè) ìàë èç-çà íèçêîé òåìïåðàòóðû ãàçà ïåðåä ôðîíòîì ïî ñðàâíåíèþ ñ ïîòåíöèàëîì âîçáóæäåíèÿ ïåðåõîäîâ. Äëÿ íàãëÿäíîñòè íà ðèñ. 2.9 ïðèâåäåíà çàâèñèìîñòü îò u0 âåëè÷èíû
T− òåìïåðàòóðû íàòåêàþùåãî ãàçà íåïîñðåäñòâåííî ïåðåä âÿçêèì ñêà÷êîì. Ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå T− ðàâíî 0.3 êýÂ, îíî ïî êðàéíåé ìåðå â äâàäöàòü ðàç ìåíüøå ïîòåíöèàëà âîçáóæäåíèÿ ãåëèåïîäîáíîãî èîíà æåëåçà (≈ 6.7 êýÂ). Êàê ïîêàçàíî â [87], íè âîäîðîäî, íè äàæå ãåëèåïîäîáíûå èîíû æåëåçà íå ìîãóò ïîÿâèòüñÿ ïðè òàêîé òåìïåðàòóðå â ñêîëüêî-íèáóäü çàìåòíîì êîëè÷åñòâå, åñëè èîíèçàöèÿ ïðîèçâîäèòñÿ ýëåêòðîííûì óäàðîì. Îäíàêî â íàøèõ ðàñ÷åòàõ ñòåïåíü èîíèçàöèè æåëåçà â íàòåêàþùåì ãàçå îêàçàëàñü äîñòàòî÷íî âåëèêà. Íà ðèñ. 2.10 ïðåäñòàâëåíû ãðàôèêè êîíöåíòðàöèé x25 , x26 è x27 íåïîñðåäñòâåííî ïåðåä ôðîíòîì (x27 êîíöåíòðàöèÿ ïîëíîñòüþ èîíèçîâàííîãî æåëåçà). Ñëåäîâàòåëüíî, ýòè çíà÷åíèÿ îáóñëîâëåíû èñêëþ÷èòåëüíî ôîòîèîíèçàöèåé. Òàêèì îáðàçîì, ïðèñóòñòâèå âîäîðîäî è ãåëèåïîäîáíûõ èîíîâ æåëåçà ïåðåä ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû îïðåäåëÿåòñÿ ïîëåì èçëó÷åíèÿ, à íå òåìïåðàòóðîé. Âåëè÷èíà T− ìàëà ïî ñðàâíåíèþ ñ òåìïåðàòóðîé ôðîíòà Tô. Îòñþäà,
ñîãëàñíî (2.108), ñëåäóåò, ÷òî íàòåêàþùèé ãàç òîðìîçèòñÿ ñëàáî. Ýòî çàêëþ÷åíèå èëëþñòðèðóåòñÿ ðèñ. 2.11, íà êîòîðîì ïðèâåäåíà âåëè÷èíà
δ = 1 − u− /u0 , ãäå u− ñêîðîñòü ãàçà íåïîñðåäñòâåííî ïåðåä âÿçêèì ñêà÷êîì.
2.2.4 Îáñóæäåíèå ðåçóëüòàòîâ è ïðèëîæåíèå ê îáúåêòó SS433 Èòàê, ïðè ñêîðîñòè íåâîçìóù¼ííîãî ãàçà îòíîñèòåëüíî ôðîíòà âûøå 5000 êì/ñ ñâå÷åíèå íàòåêàþùåãî ãàçà â ëèíèÿõ âîäîðîäî è ãåëèåïîäîáíîãî èîíîâ æåëåçà ñòàíîâèòñÿ ñðàâíèìûì ñ èçëó÷åíèåì ãàçà ïîçàäè ôðîíòà.
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
76
lg x 0 -1
-2
-3
4
6
8 10 12 14 16
8
u , 10 ñì/ñ 0
Ðèñ. 2.10: Êîíöåíòðàöèè èîíîâ æåëåçà ïåðåä ôðîíòîì: ñïëîøíàÿ ëèíèÿ ãåëèåïîäîáíîãî èîíà x25 , òî÷êè âîäîðîäîïîäîáíîãî èîíà x26 , ïóíêòèð - ïîëíîñòüþ èîíèçîâàííîãî æåëåçà x27 lg d -3
-4
4
6
8 10 12 14 16
8
u , 10 ñì/ñ 0
Ðèñ. 2.11: Òîðìîæåíèå íàòåêàþùåãî ãàçà ïåðåä âÿçêèì ñêà÷êîì.
Ïîëó÷åííûé ðåçóëüòàò èìååò îòíîøåíèå ê ïðîáëåìå òåñíîé äâîéíîé ñèñòåìû SS 433. Ñîãëàñíî ãèäðîäèíàìè÷åñêîé ìîäåëè [81], íàáëþäàåìîå ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå SS 433 â äèàïàçîíå 630 êý îáúÿñíÿåòñÿ óäàðíûìè âîëíàìè âíóòðè ïëîòíûõ îáëàêîâ ðåëÿòèâèñòñêîãî äæåòà. Ñêîðîñòü óäàðíûõ âîëí uc îïðåäåëÿåòñÿ ïëîòíîñòüþ îáëàêà è ìîæåò ïðèíèìàòü, âîîáùå ãîâîðÿ, ëþáîå çíà÷åíèå, ìåíüøåå ñêîðîñòè äâèæåíèÿ îáëàêà, ðàâíîé ïðèáëèçèòåëüíî 80000 êì/ñ. Ïî-âèäèìîìó, âåëè÷èíà uc íå ïðåâîñõîäèò 20000 êì/ñ. Ýôôåêòèâíîñòü èçëó÷åíèÿ â ðåçîíàíñíûõ ëèíèÿõ îò ãàçà, ïðîøåäøåãî ÷åðåç ôðîíò, ïàäàåò ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ
u0 âñëåäñòâèå ñèëüíîé èîíèçàöèè æåëåçà âáëèçè ôðîíòà. Ïîýòîìó
Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû
77
áåç ó÷åòà ôîòîèîíèçàöèè ïðèõîäèëîñü áû ïðåäïîëàãàòü, ÷òî ïî êàêîé-òî ïðè÷èíå uc ëåæèò âíóòðè äîâîëüíî óçêîãî äèàïàçîíà. Ïðåäïîëîæåíèå î ñïåöèàëüíûì îáðàçîì ïîäîáðàííîì ðàñïðåäåëåíèè ïëîòíîñòè îáëàêîâ, ïðè÷¼ì èìåííî òàêîì, ÷òîáû îáëàêà ìàêñèìàëüíî èíòåíñèâíî èçëó÷àëè â ëèíèÿõ æåëåçà, îçíà÷àëî áû ñåðü¼çíûé íåäîñòàòîê ìîäåëè.  äåéñòâèòåëüíîñòè, ïî-âèäèìîìó, èìååò ìåñòî êàêîå-òî ïëàâíîå ðàñïðåäåëåíèå îáëàêîâ ïî ïëîòíîñòè, è ðåàëèçóþòñÿ ñàìûå ðàçíûå çíà÷åíèÿ ñêîðîñòè ôðîíòà. Ãðàôèêè ðèñ. 2.8 ïîêàçûâàþò, ÷òî èíòåíñèâíîñòü èçëó÷åíèÿ â ëèíèÿõ æåëåçà íå ïàäàåò ñ ðîñòîì ñêîðîñòè, ïðè÷åì òàì, ãäå âåëè÷èíà uc äîñòàòî÷íî âåëèêà, îñíîâíîé âêëàä â ñâå÷åíèå â ðåçîíàíñíûõ ëèíèÿõ äàåò ãàç ïåðåä ôðîíòîì.
Ãëàâà 3 Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå 3.1 Íàáëþäåíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå è ñòîëêíîâåíèå çâ¼çäíûõ âåòðîâ Èçó÷åíèå ñòîëêíîâåíèÿ âåòðîâ â äâîéíûõ ñèñòåìàõ, ñîäåðæàùèõ WR êîìïîíåíòîâ, èíòåðåñíî ïîòîìó, ÷òî çâ¼çäû Âîëüôà-Ðàéå îòëè÷àþòñÿ îò íîðìàëüíûõ (ò.å. çâ¼çä ãëàâíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè) òåì, ÷òî íàõîäÿòñÿ íà ïîñëåäíåé ñòàäèè ýâîëþöèè ìàññèâíûõ çâ¼çä, èõ âåòðà ñèëüíî îáîãàùåíû òÿæ¼ëûìè ýëåìåíòàìè è, êðîìå òîãî, çíà÷èòåëüíûé òåìï ïîòåðè ìàññû äåëàåò ñòîëêíîâåíèå âåòðîâ áîëåå çíà÷èìûì. Ñëàáàÿ ïåðåìåííîñòü ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ WR140 â äèàïàçîíå îò 2 äî 6 êý íà ïðîòÿæåíèè âñåãî îðáèòàëüíîãî ïåðèîäà ÿâëÿåòñÿ îäíîé èç íàèáîëåå ÿðêèõ îñîáåííîñòåé ýòîé äâîéíîé ñèñòåìû. ×åðåïàùóê [38] â ñâî¼ì îáçîðå îòìå÷àåò, ÷òî HD 193793 ïîêàçûâàåò ñëàáóþ ïåðåìåííîñòü (≤ 30%) â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå è ñèëüíóþ ïåðåìåííîñòü â ðàäèî è ÈÊ äèàïàçîíàõ. Ýìèññèîííàÿ ëèíèÿ æåëåçà 6.7 êý â ñïåêòðå ýòîé ñèñòåìû ñâèäåòåëüñòâóåò î òåïëîâîé ïðèðîäå ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ. Ïðè èíòåðïðåòàöèè íàáëþäåíèé ñî ñïóòíèêà GINGA, êîòîðûå ïðîâîäèëèñü â ïåðèîä ìåæäó àâãóñòîì 1987 è 1988 ãîäîâ [28], áûëî óñòàíîâëåíî, ÷òî ðåíòãåíîâñêàÿ ñâåòèìîñòü HD 193793 â äèàïàçîíå ýíåðãèé 26 êý ñîñòàâèëà ïîðÿäêà 1.5 · 10−11 ýðã/ñì2 ñ è íå ïîêàçàëà 78
Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå
79
çàìåòíûõ èçìåíåíèé àìïëèòóäû íà ïðîòÿæåíèè øèðîêîãî äèàïàçîíà ôàç åãî îðáèòàëüíîãî ïåðèîäà. Ðåçóëüòàòû ñâîèõ íàáëþäåíèé àâòîðû ñðàâíèâàëè ñ áîëåå ðàííèìè íàáëþäåíèÿìè ñî ñïóòíèêà EXOSAT, êîòîðûå ïðîâîäèëèñü â ìàå 1984, èþíå 1985 è îêòÿáðå 1985 ãîäîâ [39]. Îíè ïðèøëè ê âûâîäó, ÷òî ñâåòèìîñòü îáúåêòà èçìåíèëàñü íå ñèëüíî, ïî êðàéíåé ìåðå ìåæäó 1984 è 1988 ãîäàìè. Áîëåå ïîçäíèå íàáëþäåíèÿ ñî ñïóòíèêà ASCA [29] òàêæå ïðè ñðàâíåíèè ñ íàáëþäåíèÿìè GINGA 1987 ãîäà íå îáíàðóæèëè îæèäàåìîé èç-çà èçìåíåíèÿ ðàññòîÿíèÿ ìåæäó çâ¼çäàìè èçìåíåíèÿ ðåíòãåíîâñêîé ñâåòèìîñòè â äèàïàçîíå 2 6 êýÂ. Íàáëþäàåìûé ïîòîê â ýòîì äèàïàçîíå ýíåðãèé ñîñòàâèë 1.6 ·
10−11 ýðã/ñì2 ñ. Íèæå (òàáëèöà 3.1, ðèñ. 3.1) ïðèâåä¼í ðåíòãåíîâñêèé ñïåêòð WR140 â äèàïàçîíå 25 êýÂ, ïîëó÷åííûé â 1984-85 ãîäàõ ñ ðåíòãåíîâñêîãî ñïóòíèêà EXOSAT [39]. Ýòîò ñïåêòð ÿâëÿåòñÿ òèïè÷íûì äëÿ äàííîé ñèñòåìû. Çàâàë â äèàïàçîíå ýíåðãèé ìåíüøå 2 êý îáóñëîâëåí ïîãëîùåíèåì.  ðàññìàòðèâàåìîì íàìè äèàïàçîíå 25 êý ïîãëîùåíèå íå ñóùåñòâåííî. Date
1984.38 1985.32 1985.48 1985.80
3Lx∗
LE CMA lters Al/Par Boron −3 −1 (10 count s )
3.8 ± 0.5 1.8 ± 0.3 1.4 ± 0.4 1.0 ± 0.3 1.7 ± 0.2
0.77 ± 0.11 < 0.45 < 0.33 0.2 ± 0.1
ME energy range 1-2 keV 2-5 keV −4 (10 count cm−2 s−1 )
11.1 ± 0.4
15.7 ± 0.4
4.8 ± 0.4 7.4 ± 0.3
18.4 ± 0.4 16.1 ± 0.5
Òàáëèöà 3.1: Äàííûå íàáëþäåíèé WR140 ñî ñïóòíèêà EXOSAT [39].
 1993 ã. áûëè ïðîâåäåíû íàáëþäåíèÿ WR140 ñî ñïóòíèêà ASCA [29]. Îíè ñîñòîÿëèñü â èþíå, ÷åðåç 3 ìåñÿöà ïîñëå ïðîõîæäåíèÿ ïåðèàñòðà. Áûëî îáíàðóæåíî, ÷òî ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå ñèñòåìû ñèëüíî ïîãëîùàåòñÿ íà ýíåðãèÿõ, íèæå 2 êýÂ. Çàìåòíà ýìèññèÿ ãåëèåïîäîáíîãî èîíà æåëåçà íà ýíåðãèè 6.7 êýÂ. Ýêâèâàëåíòíàÿ êîëîíêîâàÿ ïëîòíîñòü âîäîðîäà NH ñîñòàâëÿåò ïîðÿäêà 3 · 1022 ñì−2 , ÷òî ïðèáëèçèòåëüíî â 10 ðàç áîëüøå ìåæçâ¼çäíîé âåëè÷èíû. Ýòî îáñòîÿòåëüñòâî ïîäòâåðæäàåò
Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå
80
Ðèñ. 3.1: Òèïè÷íûé ñïåêòð WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå [39].
òîò ôàêò, ÷òî ïîãëîùåíèå ïðåèìóùåñòâåííî îêîëîçâ¼çäíîå. Âåðõíèé ïðåäåë ñîäåðæàíèÿ óãëåðîäà â çâåçäå îïðåäåë¼í êàê 30 ñîëíå÷íûõ, îáíàðóæåíî ñóùåñòâåííîå ïðåâûøåíèå ñîäåðæàíèÿ íåîíà ïî ñðàâíåíèþ ñ ïðåäñêàçàííûì òåîðåòè÷åñêèìè ýâîëþöèîííûìè ìîäåëÿìè. Ñîãëàñíî [40] íå èñïðàâëåííûé çà ïîãëîùåíèå ðåíòãåíîâñêèé ïîòîê îò WR 140 ñîñòàâèë 2.4 ± 0.5 × 10−11 ýðã ñì−2 ñ−1 (â äèàïàçîíå 1-10 êýÂ) è
1, 6±0.3×10−11 ýðã ñì−2 ñ−1 (â äèàïàçîíå 2-6 êýÂ). Àâòîðû îòìå÷àþò, ÷òî íàáëþäàåìûé â äèàïàçîíå 26 keV ïîòîê ïðèáëèçèòåëüíî òàêîé æå, êàê è èçìåðåííûé ñïóòíèêîì GINGA â 1987 ãîäó [28] âäàëè îò ïåðèàñòðà. Îíè íå íàøëè íèêàêèõ óáåäèòåëüíûõ äîêàçàòåëüñòâ òîãî, ÷òî ïîòîê æ¼ñòêîãî ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ îò HD 193793 â äèàïàçîíå ýíåðãèé, ïðåâûøàþùèõ 2 êýÂ, ìåíÿåòñÿ ñ ðàññòîÿíèåì ìåæäó êîìïîíåíòàìè.  ñòàòüå Ïîëëîêà [92] ïðåäñòàâëåíû ïðåäâàðèòåëüíûå ðåçóëüòàòû
Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå
81
ðåíòãåíîâñêèõ íàáëþäåíèé ñî ñïóòíèêîâ ROSAT (â äèàïàçîíå 0.2 êýÂ <
E < 2.4 êýÂ) è ASCA âáëèçè ìîìåíòà ïåðèàñòðà, êîòîðûé WR140 ïðîõîäèëà â 1993 ãîäó. Ñ ïîìîùüþ ASCA áûë ïîëó÷åí ðåíòãåíîâñêèé ñïåêòð âûñîêîãî êà÷åñòâà, ñ ïîìîùüþ êîòîðîãî ïîÿâèëàñü âîçìîæíîñòü îïðåäåëèòü õèìè÷åñêèé ñîñòàâ çâ¼çäíîãî âåòðà. Àâòîð ïîëàãàåò, ÷òî íàáëþäåíèÿ ìîæíî îáúÿñíèòü ñ òî÷êè çðåíèÿ ìîäåëè ñòîëêíîâåíèÿ çâ¼çäíûõ âåòðîâ. Ýåíåíñ è Âèëüÿìñ [93] îòìå÷àþò, ÷òî WR140 íå âïèñûâàåòñÿ â îáùóþ äëÿ çâ¼çä Âîëüôà-Ðàéå çàâèñèìîñòü ïî íàëè÷èþ èîíîâ: ñîñòîÿíèå èîíèçàöèè âåùåñòâà â íåé ñóùåñòâåííî âûøå, ÷åì äëÿ äðóãèõ çâ¼çä òàêîãî òèïà. Àâòîðû ïðåäïîëàãàþò, ÷òî ýòî ìîæåò áûòü îáócëîâëåíî ñòîëêíîâåíèåì âåòðîâ â WR+O ñèñòåìàõ. Âèëüÿìñîì è äð. [39] ïðåäñòàâëåíû íàáëþäåíèÿ ñèñòåìû WR140 â ÈÊ, ðåíòãåíîâñêîì (EXOSAT) è ðàäèîäèàïàçîíàõ, ïðîâåä¼ííûå â èíòåðâàëå ìåæäó 1979 è 1989 ãîäàìè. Îáíàðóæåíà çàìåòíàÿ ïåðåìåííîñòü âî âñåõ äèàïàçîíàõ, êðîìå ðåíòãåíîâñêîãî. Àâòîðû, êîìáèíèðóÿ ñâîè äàííûå íàáëþäåíèé â ÈÊ äèàïàçîíå ñ äàííûìè, ïîëó÷åííûìè ðàíåå, îïðåäåëÿþò ïàðàìåòðû îðáèòû ñèñòåìû. Ðåíòãåíîâñêèå íàáëþäåíèÿ ïîçâîëÿþò ïîëó÷èòü íåçàâèñèìûå äàííûå î ñîñòàâå çâ¼çäíîãî âåòðà. Ðàäèîíàáëþäåíèÿ ïîêàçûâàþò íàëè÷èå ïîñòîÿííîãî òîðìîçíîãî è ïåðåìåííîãî íåòåïëîâîãî èçëó÷åíèÿ. Àâòîðû ïîëàãàþò, ÷òî åñëè áû óãëåðîä áûë åäèíñòâåííûì ïîãëîòèòåëåì â âåòðå, òî åãî ñîäåðæàíèå ïî ÷èñëó ÷àñòèö ñîñòàâëÿëî áû 0.065, îäíàêî ðåàëüíî åãî ñîäåðæàíèå ïî ÷èñëó ÷àñòèö ìåíüøå ïîðÿäêà 0.05. Âàéò è ×åí [72] îòìå÷àþò, ÷òî ñòîëêíîâåíèå âåòðîâ â äâîéíûõ ñèñòåìàõ ñ ìàññèâíûìè êîìïîíåíòàìè ïðèâîäèò ê óñêîðåíèþ ÷àñòèö äî ðåëÿòèâèñòñêèõ ýíåðãèé, êîòîðûå ìîãóò ïîðîäèòü íåòåïëîâîå èçëó÷åíèå îò ðàäèî äî γ .  ðàáîòå îáñóæäàþòñÿ òåîðèÿ è íàáëþäåíèÿ íåòåïëîâîãî ðàäèî-, ðåíòãåíîâñêîãî è γ
èçëó÷åíèé.
Ïðîâåäåíû âû÷èñëåíèÿ ñïåêòðà îò ðàäèî äî γ äèàïàçîíîâ. Ïðèíÿòû âî âíèìàíèå îáðàòíûé êîìïòîíýôôåêò íà ðåëÿòèâèñòñêèõ ýëåêòðîíàõ, îõëàæäåíèå ïóò¼ì îáðàòíîãî êîìïòîí-ýôôåêòà íà òåïëîâûõ ýëåêòðîíàõ,
Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå
82
ñèíõðîòðîííîå èçëó÷åíèå, êîìïòîíîâñêîå èçëó÷åíèå. Ó÷èòûâàëîñü ïîãëîùåíèå â ìÿãêîì ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå (èîíèçàöèÿ èç Ê îáîëî÷åê
òÿæ¼ëûõ
ýëåìåíòîâ)
è
ñâîáîäíîñâîáîäíîå
ïîãëîùåíèå
(â ðàäèîäèàïàçîíå). Àâòîðû ïðèøëè ê âûâîäó, ÷òî ñôåðè÷åñêè ñèììåòðè÷íàÿ ìîäåëü íå ìîæåò îáúÿñíèòü ðàäèîíàáëþäåíèÿ [72]. Ïîïûòêè ïðîèíòåðïðåòèðîâàòü ðåíòãåíîâñêèé ñïåêòð èçëó÷åíèÿ ñèñòåìû
WR140
ïðåäïðèíèìàëèñü
è
äðóãèìè
àâòîðàìè.
Óñîâ
íåîäíîêðàòíî [41, 42] ïûòàëñÿ îáúÿñíèòü ðåíòãåíîâñêèé ñïåêòð ïðè ïîìîùè ìîäåëè ñòîëêíîâåíèÿ ðàçðåæåííûõ êîìïîíåíòîâ âåòðîâ. Îí ïîëó÷èë, ÷òî òåîðåòè÷åñêèé ñïåêòð ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ ñèñòåìû çàâèñèò îò ðàññòîÿíèÿ D ìåæäó êîìïîíåíòàìè êàê 1/D, ÷òî ïðîòèâîðå÷èò íàáëþäåíèÿì, êîòîðûå áûëè îïèñàíû âûøå. Còåâåíñ
è
äð.
[43,
44]
ïðîâåëè
äëÿ
WR140
äâóìåðíûå
ãàçîäèíàìè÷åñêèå ðàñ÷¼òû è îöåíèëè ðîëü ðàäèàòèâíîãî îõëàæäåíèÿ. Ñäåëàííûé
â
ðåíòãåíîâñêàÿ ðàññòîÿíèþ
îáåèõ
ðàáîòàõ
ñâåòèìîñòü ìåæäó
âûâîä
ñèñòåìû
êîìïîíåíòàìè
àíàëîãè÷åí îáðàòíî
ñèñòåìû,
âûâîäó
Óñîâà:
ïðîïîðöèîíàëüíà ÷òî
íàõîäèòñÿ
â
ïðîòèâîðå÷èè ñ íàáëþäåíèÿìè. Çàíèìàÿñü òð¼õìåðíûìè ðàñ÷¼òàìè ñòîëêíîâåíèÿ âåòðîâ â äâîéíûõ ñèñòåìàõ, ñîäåðæàùèõ WRêîìïîíåíòîâ (â ÷àñòíîñòè, äëÿ HD 193793), Âàëäåð [54] ïðèø¼ë ê âûâîäó, ÷òî 3-ìåðíûå ýôôåêòû ñòàíîâÿòñÿ âñå ìåíåå çíà÷èìûìè ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ îðáèòàëüíîãî ïåðèîäà ñèñòåìû. Ïðè ýòîì â WR-äâîéíûõ ñèñòåìàõ îðáèòàëüíîå äâèæåíèå â îñíîâíîì ñêàçûâàåòñÿ íà î÷åðòàíèè çîíû ñòîëêíîâåíèÿ, à íå íà ðåíòãåíîâñêîì èçëó÷åíèè ñèñòåìû. Äëÿ òîãî, ÷òîáû äîáèòüñÿ ñîãëàñèÿ òåîðåòè÷åñêèõ ðàñ÷¼òîâ ñ íàáëþäàåìûì ñïåêòðîì HD 193793, Æåêîâó è Ñêèííåðó [94, 95] ïðèøëîñü âíåñòè èçìåíåíèÿ â íàáëþäàåìûå ïàðàìåòðû ñèñòåìû: e, a, M˙ O,W R , vO,W R , à òàêæå èçìåíèòü âðåìÿ ïðîõîæäåíèÿ ïåðèàñòðà.
Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå
3.2 Ìîäåëü ñòîëêíîâåíèÿ êîìïîíåíòîâ Ðåíòãåíîâñêîå
èçëó÷åíèå,
îáóñëîâëåííîå
83
ðàçðåæåííûõ âçàèìîäåéñòâèåì
ðàçðåæåííûõ ôàç çâ¼çäíûõ âåòðîâ, áûëî ðàññ÷èòàíî âî ìíîãèõ ðàáîòàõ, íàïðèìåð, [41, 42, 43, 94]. Íàøåé öåëüþ ÿâëÿåòñÿ ó÷¼ò îñîáåííîñòåé øèðîêîé ñèñòåìû HD193793. Êàê âèäíî èç òàáëèöû, ïàðàìåòðû ñèñòåìû [39] ïåðèîä P =2893 ñóòîê, ýêñöåíòðèñèòåò ε = 0.84, áîëüøàÿ ïîëóîñü a = 14.7AU, ðåíòãåíîâñêàÿ ñâåòèìîñòü [92] (116.00 ± 1.05) · 1032 ýðã/ñ ïàðàìåòðû çâ¼çäíûõ êîìïîíåíòîâ ñèñòåìû [39] ñïåêòð ñâåòèìîñòü lg (L/L¯ ) ìàññà M (M¯ ) ñêîðîñòü âåòðà V∞ (êì/c) ïîòåðÿ ìàññû M˙ (M¯ /ãîä)
O45 V 5.65 38 3200 1.8 · 10−6
WC 7 5.2 13 2860 5.7 · 10−5 .
Òàáëèöà 3.2: Äàííûå, èñïîëüçîâàííûå â âû÷èñëåíèÿõ.
ðàññòîÿíèå ìåæäó êîìïîíåíòàìè âåñüìà âåëèêî. Ñ óâåëè÷åíèåì ðàññòîÿíèÿ ìåæäó êîìïîíåíòàìè óìåíüøàåòñÿ ïëîòíîñòü ãàçà âåòðà. Êàê ñëåäñòâèå, ðàñòóò õàðàêòåðíûå âðåìåíà ïðîöåññîâ âûñâå÷èâàíèÿ è îáìåíà ýíåðãèåé ìåæäó èîíàìè è ýëåêòðîíàìè, à òàêæå ðàñò¼ò ðîëü ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè. Âëèÿíèå ïîñëåäíåãî ïðîöåññà ïîäðîáíî èññëåäîâàíî íàìè â ãëàâå 2; â ðàññìàòðèâàåìîì äèàïàçîíå ñêîðîñòåé òåïëîïðîâîäíîñòüþ ìîæíî ïðåíåáðå÷ü.
3.2.1 Õàðàêòåðíûå âðåìåíà çàäà÷è è ñèëà Êîðèîëèñà Ñðàâíåíèå õàðàêòåðíûõ âðåì¼í çàäà÷è äëÿ îäíîòåìïåðàòóðíîãî ñëó÷àÿ
Âî âðåìÿ âûñâå÷èâàíèÿ ýíåðãèþ òåðÿþò ýëåêòðîíû, íî åñëè òåìïåðàòóðû âûðàâíåíû, òî èîíû áûñòðî îòäàþò ýëåêòðîíàì ñâîþ ýíåðãèþ, òî åñòü âåñü ãàç òåðÿåò ñâîþ ýíåðãèþ.
Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå
84
Îöåíêà âðåìåíè âûñâå÷èâàíèÿ.
dE ýðã = ϕne ni ; [E] = ; dt ñì3 · c E âíóòðåííÿÿ ýíåðãèÿ ãàçà íà åäèíèöó îáú¼ìà; E = Ei + Ee ; 3 3 Ei = kTi ni , Ee = kTe ne ⇒ 2 2 3 Ei = k (Ti ni + Te ne ) . 2  îäíîòåìïåðàòóðíîì ñëó÷àå Ti = Te ≡ T ⇒ 3 ne E = kT ni (1 + ze ) , ãäå ze ≡ . 2 ni Òîãäà äëÿ îöåíêè âðåìåíè âûñâå÷èâàíèÿ ìîæíî çàïèñàòü 3 T ni (1 + ze ) = ϕni ne . k 2 tc Ïîëó÷èëè îêîí÷àòåëüíóþ îöåíêó äëÿ âðåìåíè âûñâå÷èâàíèÿ
tc =
3 kT (1 + ze ) . 2 ϕne
Îöåíêà äèíàìè÷åñêîãî âðåìåíè. Îíî îïðåäåëÿåòñÿ âðåìåíåì îòòîêà
ýëåìåíòà ãàçà îò ëîáîâîé òî÷êè:
tD =
l . vc
vc ñêîðîñòü ãàçà âäîëü ëèíèè òîêà. Çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû, ïîñëå ðàçâîðîòà, îíà ðàâíà
γ−1 1 u= u− γ+1 4 ïðèáëèçèòåëüíî ÷åòâåðòè ñêîðîñòè íàòåêàíèÿ; l ìàñøòàá âäîëü ëèíèè òîêà. Ïî ïîðÿäêó âåëè÷èíû ðàññòîÿíèå, íà êîòîðîå îòòåêàåò ãàç âäîëü ëèíèè òîêà, ðàâíî rOB ðàññòîÿíèþ îò ëîáîâîé òî÷êè äî áëèæàéøåé vc =
çâåçäû (OB).
Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå
85
e
rOB
OB
Ðèñ. 3.2: Îïðåäåëåíèå äèíàìè÷åñêîãî âðåìåíè.
Ñðàâíåíèå õàðàêòåðíûõ âðåì¼í çàäà÷è (äèíàìè÷åñêîãî è âûñâå÷èâàíèÿ) â îäíîòåìïåðàòóðíîì ñëó÷àå
Îöåíèì äèíàìè÷åñêèå âðåìåíà è âðåìåíà âûñâå÷èâàíèÿ äëÿ ãàçà îò WR è OB çâ¼çä çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû.
tOB D =
rOB 1 4 uOB
,
tWR D =
rOB ; 1 u WR 4
Ò.ê. rOB = 5, 5 · 1012 ñì, uOB = 3, 2 · 108 ñì/ñ è uWR = 2, 86 · 108 ñì/ñ, òî 4 tOB D = 6, 9 · 10 ñåêóíä ,
4 tWR D = 7, 7 · 10 ñåêóíä .
Äëÿ îöåíêè âðåì¼í âûñâå÷èâàíèÿ íåîáõîäèìî çíàòü T , ze , ϕ , ne . Äëÿ âåòðà îò OB-çâåçäû:
zeOB = (1 − Y ) + 2Y = 1 + Y OB , ãäå Y OB îòíîñèòåëüíîå ñîäåðæàíèå ãåëèÿ ïî ÷èñëó ÷àñòèö â âåòðå îò OBçâåçäû. Äëÿ âåòðà îò çâåçäû WR íóæíî ó÷èòûâàòü óãëåðîä, ïðè÷¼ì ìîæíî ïîëîæèòü YHWR = YCWR . Òîãäà WR zeW R = 3, 5 − 1, 5 YHe . WR  íàøåì ñëó÷àå Y OB = 0.1, ñëåäîâàòåëüíî, zeOB = 1.1, YHe = 0.9 è
zeWR = 2.15. Ïëîòíîñòü ÷èñëà ÷àñòèö: nWR =
ρWR ρOB M˙ WR M˙ OB , nOB = , ρWR = , ρ = . OB 2 u 2 u màåìµWR màåìµOB 4πrWR 4πrOB WR OB
Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå
86
s
r
η r uWR M˙ WR , rOB = , η= . (η + 1) (η + 1) uOB M˙ OB = 2, 95 · 1013 ñì , M˙ WR = 3, 61 · 1021 ã/ñ , µWR = 4, 2 ,
rWR = r rWR
rOB = 5, 5 · 1012 ñì ; M˙ OB = 1, 14 · 1020 ã/ñ , µOB = 1, 3 . Ñ ó÷¼òîì òîãî, ÷òî màåì = 1, 66 · 10−24 ã, ïîëó÷àåì ã ã ρWR = 1, 15 · 10−15 3 , ρOB = 9, 4 · 10−16 3 , ñì ñì nOB = 4, 4 · 108 ñì−3 , nWR = 1, 6 · 108 ñì−3 . Îõëàæäåíèå ïóò¼ì òîðìîçíîãî èçëó÷åíèÿ: √ ϕ = 1, 43 · 10−27 < g > σ T , < g >= 1, 2 .
σOB = µOB = 1, 3 ; σWR = 5, 45 . Òåìïåðàòóðó äëÿ îöåíêè íàõîäèì èç àäèàáàòû Ãþãîíèî: 3 3 OB WR kTsh = màåìµOB u2OB , kTsh = màåìµWR u2WR . 16 16 Ïîëó÷àåì õàðàêòåðíûå âðåìåíà îõëàæäåíèÿ
tOB = 1, 7 · 106 ñåê , tWR = 1, 4 · 106 ñåê c c è îòíîøåíèå ñîîòâåòñòâóþùèõ õàðàêòåðíûõ âðåì¼í äëÿ êàæäîé èç çâ¼çä:
tOB c = 25 , tOB D
tWR c = 18 . tWR D
Òî åñòü äëÿ îáåèõ çâ¼çä çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû õàðàêòåðíîå âðåìÿ âûñâå÷èâàíèÿ íà ïîðÿäîê áîëüøå äèíàìè÷åñêîãî âðåìåíè. Ïîýòîìó â îäíîòåìïåðàòóðíîì ñëó÷àå âûñâå÷èâàíèåì ìîæíî ïðåíåáðå÷ü â âåòðàõ îò îáåèõ çâ¼çä OB è WR. Îöåíêà õàðàêòåðíûõ âðåì¼í îáìåíà è âûñâå÷èâàíèÿ â äâóõòåìïåðàòóðíîì ñëó÷àå
Â
äâóõòåìïåðàòóðíîì
ñëó÷àå
ýëåêòðîíû
òåðÿþò
âûñâå÷èâàíèå, íî íå óñïåâàþò ïîëó÷èòü å¼ îò èîíîâ.
dEe ≈ dt
3 −ϕne ni + qne ni , Ee = kTe ne . | {z } | {z } 2 âûñâå÷èâàíèå îáìåí
ýíåðãèþ
íà
Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå
87
Âîçìîæíûå âàðèàíòû ñîîòíîøåíèÿ ñëàãàåìûõ: 1) ñêîðîñòü âûñâå÷èâàíèÿ ìíîãî ìåíüøå ñêîðîñòè îáìåíà.  ýòîì ñëó÷àå ïðåíåáðåãàåì ïåðâûì ñëàãàåìûì è ïîëó÷àåì îöåíêó âðåìåíè îáìåíàtexc . 2) ñêîðîñòü îáìåíà ìíîãî ìåíüøå ñêîðîñòè âûñâå÷èâàíèÿ.  ýòîì ñëó÷àå ïðåíåáðåãàåì âòîðûì ñëàãàåìûì è ïîëó÷àåì îöåíêó âðåìåíè âûñâå÷èâàíèÿ tc . 3) texc è tc ñðàâíèìû ìåæäó ñîáîé ïî ïîðÿäêó âåëè÷èíû. Òîãäà íåëüçÿ ïðåíåáðåãàòü íè îäíèì èç äâóõ ïðîöåññîâ ïðè ðåøåíèè çàäà÷è.
tc :
3 kTe ne 3 Te = ϕne ni , ⇒ tc = k . 2 tc 2 ϕni
3 kTe ne 3 Te = qne ni , ⇒ texc = k . 2 texc 2 qni Òàêèì îáðàçîì, îòíîøåíèå âðåì¼í texc /tc ðàâíî îòíîøåíèþ ñêîðîñòåé ïðîöåññîâ ϕ/q . Êàê è ðàíåå < g >= 1, 2, σOB = µOB = 1, 3 , σWR = 5, 45 , µWR = 4, 2. texc :
Äëÿ òîãî, ÷òîáû âû÷èñëèòü Te , èñõîäèì èç ïðåäïîëîæåíèÿ, ÷òî îáìåí ýíåðãèåé ìåæäó èîíàìè è ýëåêòðîíàìè èä¼ò íå ñëèøêîì ìåäëåííî. Òîãäà ìîæíî äëÿ îöåíîê ïîëîæèòü Te ≈ Ti è âîñïîëüçîâàòüñÿ àäèàáàòîé Ãþãîíèî:
3 màåìµu2 Te ≈ . 16(1 + ze ) k Ðåàëüíî ýëåêòðîííàÿ òåìïåðàòóðà çà ôðîíòîì áûñòðî ìåíÿåòñÿ îò çíà÷åíèÿ Te ¿ Ti äî Te ≈ Ti . Òîãäà õàðàêòåðíûå âðåìåíà âûñâå÷èâàíèÿ äëÿ êàæäîé èç çâ¼çä ðàâíû ñîîòâåòñòâåííî: tOB = 6, 4 · 105 ñåê , c
tWR = 5, 5 · 105 ñåê . c
Õàðàêòåðíîå âðåìÿ, çà êîòîðîå ñóùåñòâåííî ìåíÿåòñÿ ýëåêòðîííàÿ òåìïåðàòóðà [79]:
5, 87AA1 τ= n1 Z 2 Z12 ln Λ
µ
T1 T + A A1
¶3/2 ñåê.
Çäåñü èíäåêñîì 1 îòìå÷åíû õàðàêòåðèñòèêè èîíîâ, áåç èíäåêñà õàðàêòåðèñòèêè ýëåêòðîíîâ; A =
1 1836 ,
Z = 1, è äëÿ îöåíîê äîñòàòî÷íî
Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå
88
âçÿòü âåëè÷èíó êóëîíîâñêîãî ëîãàðèôìà ðàâíîé ln Λ = 30. Îòìåòèì, ÷òî êàê äëÿ çâåçäû OB, îñíîâíûì ýëåìåíòîì â âåòðå îò êîòîðîé ÿâëÿåòñÿ âîäîðîä, òàê è äëÿ çâåçäû WR, îñíîâíûì ýëåìåíòîì â âåòðå îò êîòîðîé ÿâëÿåòñÿ ãåëèé, îòíîøåíèå
A1 Z12
= 1.  ñèëó òîãî, ÷òî äëÿ îáåèõ çâ¼çä A1 À
ñëàãàåìûì
τ OB
T1 A1
1 A1 ,
à T ≈ T1 , ìû ïðåíåáðåãàåì
T ïî ñðàâíåíèþ ñ A . Ñ ó÷¼òîì âñåãî âûøåñêàçàííîãî: ¡ OB ¢3/2 ¡ WR ¢3/2 Te T 5, 87 5, 87 · · e =√ , τ WR = √ ; nOB nWR A ln Λ A ln Λ
τ OB = 7, 9 · 103 ñåê , τ WR = 5, 2 · 104 ñåê . Ñðàâíèâàåì âðåìåíà îáìåíà è âûñâå÷èâàíèÿ äëÿ êàæäîé èç çâ¼çä:
tOB 6, 4 · 105 c = = 81 , τ OB 7, 9 · 103
tWR 5, 5 · 105 c = = 11 . τ WR 5, 2 · 104
Ïîëó÷èëè, ÷òî âðåìåíà âûñâå÷èâàíèÿ ñðàâíèìû ìåæäó ñîáîé äëÿ îáåèõ çâ¼çä, à âðåìÿ îáìåíà ýíåðãèåé äëÿ çâåçäû WR ïî÷òè íà ïîðÿäîê áîëüøå. Ñðàâíèâàåì âðåìåíà îáìåíà è âûñâå÷èâàíèÿ ñ äèíàìè÷åñêèìè âðåìåíàìè äëÿ êàæäîé èç çâ¼çä:
tOB tOB c = 9, 3 , DOB = 8, 7 ; OB τ tD
tWR tWR c = 7, 1 , DWR = 1, 5 . WR τ tD
Èç ýòèõ ñîîòíîøåíèé ìîæíî ñäåëàòü ñëåäóþùèé âûâîä. Äëÿ OB çâåçäû âðåìÿ âûñâå÷èâàíèÿ íà äâà ïîðÿäêà áîëüøå âðåìåíè îáìåíà, äèíàìè÷åñêîå âðåìÿ íà ïîðÿäîê áîëüøå âðåìåíè îáìåíà è íà ïîðÿäîê ìåíüøå âðåìåíè âûñâå÷èâàíèÿ, òî åñòü ìîæíî íå ó÷èòûâàòü äâóõòåìïåðàòóðíîñòü è íå íóæíî ó÷èòûâàòü âûñâå÷èâàíèå.  âåòðå îò çâåçäû WR âðåìÿ âûñâå÷èâàíèÿ íà ïîðÿäîê áîëüøå âðåìåíè îáìåíà è íà ïîðÿäîê áîëüøå äèíàìè÷åñêîãî âðåìåíè, òî åñòü âûñâå÷èâàíèåì ìîæíî ïðåíåáðå÷ü. Âðåìÿ îáìåíà è äèíàìè÷åñêîå âðåìÿ îäíîãî ïîðÿäêà, òî åñòü â âåòðå îò çâåçäû WR äâóõòåìïåðàòóðíîñòüþ ïðåíåáðåãàòü íåëüçÿ. Ñèëà Êîðèîëèñà
Îöåíèì ñêîðîñòè îðáèòàëüíîãî îáðàùåíèÿ çâ¼çä â àïîàñòðå è ïåðèàñòðå. Çàêîí ñîõðàíåíèÿ ìîìåíòà èìïóëüñà óäîáíî çàïèñàòü ÷åðåç
Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå
89
ñåêòîðèàëüíóþ ñêîðîñòü:
1 M = 2mf˙ = const, ãäå f˙ = r · r · dϕ . 2 Ïåðèîä îáðàùåíèÿ ïî ýëëèïòè÷åñêîé îðáèòå îïðåäåëÿåòñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì:
Z
Z
T
T
M dt = 2m 0
0
f˙ dt , ò.å. M T = 2mf ,
ãäå f ïëîùàäü îðáèòû. Äëÿ ýëëèïñà èìååì f = πab, ò.å. M T = 2πmab. Áîëüøàÿ è ìàëàÿ ïîëóîñè ýëëèïñà
a=
p p √ , b = , 1 − e2 1 − e2
ãäå p ïàðàìåòð îðáèòû, à e ýêñöåíòðèñèòåò. Íàèìåíüøåå è íàèáîëüøåå ðàññòîÿíèÿ äî öåíòðà ïîëÿ (ôîêóñà ýëëèïñà) ðàâíû
rmin =
p p = a(1 − e) ; rmax = = a(1 + e). 1+e 1−e
Âûïèøåì îòíîøåíèå
M ab = 2π . m T
Ñ äðóãîé ñòîðîíû,
M = r2 ϕ. ˙ m  ïåðèàñòðå è àïîàñòðå îòëè÷íà îò íóëÿ òîëüêî òàíãåíöèàëüíàÿ M = mr2 ϕ˙ , ò.å.
êîìïîíåíòà ñêîðîñòè, ïîýòîìó ìîæíî çàïèñàòü
rn vn = 2π
ab ab , ra va = 2π , ãäå T T
rn ≡ rmin , ra ≡ rmax . Âûïèøåì îòíîøåíèå îðáèòàëüíûõ ñêîðîñòåé â ïåðèàñòðå è àïîàñòðå:
va 1−e rn = = = 8.7 · 10−2 . ra vn 1+e Çäåñü ìû áðàëè ýêñöåíòðèñèòåò îðáèòû 0.84. Îöåíèì ñêîðîñòè îáðàùåíèÿ â ïåðèàñòðå vn =
2πab T rn
èìååì:
vn = 190
è àïîàñòðå va =
êì , ñ
va = 16, 5
2πab T ra .
êì . ñ
 ñëó÷àå WR140
Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå
90
Ñðàâíèâàÿ ñêîðîñòè îáðàùåíèÿ è èñòå÷åíèÿ âåùåñòâà â ïåðèàñòðå, ïîëó÷àåì
190 3000
≈ 0, 06, òî åñòü ñèëà Êîðèîëèñà èñêðèâëÿåò ëèíèè òîêà,
è çàäà÷à ïåðåñòà¼ò áûòü äâóìåðíîé è ñòàöèîíàðíîé, åñëè íàì íóæíà òî÷íîñòü ëó÷øå 10%.  íàøåì ñëó÷àå (òî÷íîñòü 20%) ñèëó Êîðèîëèñà ìîæíî íå ó÷èòûâàòü. Òàêèì îáðàçîì, ïðè ñîñòàâëåíèè óðàâíåíèé ìîæíî îïóñòèòü ñëàãàåìûå, îïèñûâàþùèå âûñâå÷èâàíèå, íåò íåîáõîäèìîñòè ó÷èòûâàòü ñèëó Êîðèîëèñà, íî íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü äâóõòåìïåðàòóðíîñòü, òî åñòü ðàçëè÷èå èîííîé è ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóð ïëàçìû ïîçàäè ôðîíòà óäàðíîé âîëíû.
3.3 Ðåíòãåíîâñêàÿ êðèâàÿ áëåñêà ïðè ñòîëêíîâåíèè ðàçðåæåííûõ êîìïîíåíòîâ Íàøè ðàñ÷¼òû ðåíòãåíîâñêîé êðèâîé áëåñêà äâîéíîé ñèñòåìû WR140 áûëè âûïîëíåíû ïî ìåòîäó ×¼ðíîãî [96], ñïðàâåäëèâîãî äëÿ ñòàöèîíàðíûõ äâóìåðíûõ çàäà÷. Ìû îïèðàëèñü íà ðàáîòó Óñîâà [41], íî, â îòëè÷èå îò íåãî, ó÷ëè îáìåí ýíåðãèåé ìåæäó èîíàìè è ýëåêòðîíàìè, äâóõòåìïåðàòóðíîñòü (ñîãëàñíî íàøèì îöåíêàì õàðàêòåðíûõ âðåì¼í, ýòî íåîáõîäèìî äëÿ äàííîé ñèñòåìû (ñì. ðàçäåë 3.2 íàñòîÿùåé ãëàâû)), à òàêæå ïîïðàâêó Áóçåìàíà. Ðàñ÷¼òû áûëè ïðîâåäåíû â ïðåäïîëîæåíèè àäèàáàòè÷íîñòè ðàçðåæåííîãî ãàçà (ñì. ðàçäåë 3.2). Ôèçè÷åñêèå
àñïåêòû
âçàèìîäåéñòâèÿ
îêàçûâàþò
ñóùåñòâåííîå
âëèÿíèå íà âèä êðèâîé áëåñêà, è íàèáîëåå âàæíóþ ðîëü èãðàåò íåîäíîòåìïåðàòóðíîñòü ãàçà. Íàøè ðàñ÷¼òû ïîêàçàëè, ÷òî â âåòðå îò çâåçäû WR âàæíóþ ðîëü èãðàåò îáìåí ýíåðãèåé ìåæäó èîíàìè è ýëåêòðîíàìè, êîòîðûé äîïîëíèòåëüíî óìåíüøàåò òîðìîçíîå èçëó÷åíèå â àïîàñòðå, ãäå òåìïåðàòóðà ýëåêòðîíîâ íèæå èç-çà ìåíüøåé ñêîðîñòè îáìåíà.  âåòðå îò OB-çâåçäû âêëàä îáìåíà ýíåðãèåé ìåæäó èîíàìè è ýëåêòðîíàìè íåñóùåñòâåíåí. Êîíå÷íàÿ ñêîðîñòü îáìåíà ýíåðãèåé èîíîâ ñ ýëåêòðîíàìè ïðèâîäèò òàêæå ê õîðîøî âèäíîìó íà ðèñ. 3.3 ñäâèãó ôàçû òåîðåòè÷åñêîé êðèâîé áëåñêà ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ. Ïðè
Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå
91
áîëüøèõ ñêîðîñòÿõ âîçìîæåí âêëàä åù¼ îäíîãî ôèçè÷åñêîãî ïðîöåññà ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè. Äåòàëüíûå ðàñ÷¼òû, ïðèâåä¼ííûå â ãëàâå 2, ïîêàçàëè, ÷òî ïðèìåðíîå ïîñòîÿíñòâî ðåíòãåíîâñêîé ñâåòèìîñòè íåñîâìåñòèìî ñ áîëüøîé âûòÿíóòîñòüþ îðáèòû (e = 0, 84), åñëè ãàç çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû íå âûñâå÷èâàåòñÿ, êàê ýòî ïðîèñõîäèò ïðè ñòîëêíîâåíèè ðàçðåæåííûõ êîìïîíåíòîâ âåòðîâ. Ðåçóëüòàòîì íàøèõ âû÷èñëåíèé ÿâèëàñü òåîðåòè÷åñêàÿ ðåíòãåíîâñêàÿ êðèâàÿ áëåñêà äâîéíîé ñèñòåìû WR140, êîòîðàÿ ïðèâåäåíà íà ðèñ. 3.3. Îíà áûëà ðàññ÷èòàíà äëÿ äèàïàçîíà 26 êýÂ, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò æ¼ñòêîé ÷àñòè ñïåêòðà â íàáëþäåíèÿõ ñî ñïóòíèêîâ GINGA, ASCA è EXOSAT [28, 29, 39]. Ïî âåðòèêàëüíîé îñè îòëîæåí ëîãàðèôì ðåíòãåíîâñêîé ñâåòèìîñòè LX ñèñòåìû, ïî ãîðèçîíòàëüíîé âðåìÿ â ãîäàõ, ïðîøåäøåå ñ ìîìåíòà ïåðèàñòðà. Õîðîøî âèäíà ñèëüíàÿ çàâèñèìîñòü òåîðåòè÷åñêîé ñâåòèìîñòè îò ôàçû, â ïåðâîì ïðèáëèæåíèè ñîîòâåòñòâóþùàÿ çàêîíó LX ∝ 1/r. Îíà âïîëíå îáúÿñíèìà ñ ôèçè÷åñêîé òî÷êè çðåíèÿ, ïðè÷¼ì áîëüøóþ ðîëü èãðàåò ãåîìåòðè÷åñêèé ôàêòîð âûòÿíóòîñòü îðáèòû (ýêñöåíòðèñèòåò ñèñòåìû ðàâåí 0,84), à òàêæå ôèçè÷åñêèå ôàêòîðû, î êîòîðûõ óïîìèíàëîñü ðàíåå. Äåéñòâèòåëüíî, ïðè îòñóòñòâèè âûñâå÷èâàíèÿ ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå îïðåäåëÿåòñÿ îáú¼ìíîé ìåðîé ýìèññèè ME =n2 V , ãäå V îáú¼ì èçëó÷àþùåãî ãàçà. Ñ óâåëè÷åíèåì ðàññòîÿíèÿ r ìåæäó êîìïîíåíòàìè ïëîòíîñòü âåòðà ïàäàåò ïðîïîðöèîíàëüíî r−2 , à V ∝ r3 , ïîýòîìó ME ∝ 1/r. Ðàññòîÿíèå ìåæäó êîìïîíåíòàìè â ïåðèàñòðå è àïîàñòðå ðàçëè÷àåòñÿ â
1+ε 1−ε
≈ 10 ðàç,
÷òî âî ìíîãîì îïðåäåëÿåò òåîðåòè÷åñêóþ çàâèñèìîñòü ðåíòãåíîâñêîé ñâåòèìîñòè îò ôàçû îðáèòàëüíîãî ïåðèîäà. Ñðàâíèì ïîëó÷åííûå íàìè ðåçóëüòàòû ñ óïîìÿíóòûìè âûøå íàáëþäåíèÿìè ñî ñïóòíèêîâ EXOSAT, GINGA è ASCA. Àâòîðû [29] ñîîáùàþò î êðàéíå ñëàáîé çàâèñèìîñòè ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ ñèñòåìû îò ôàçû îðáèòàëüíîãî ïåðèîäà. À èìåííî, â äèàïàçîíå 26 êý íàáëþäàåòñÿ õîðîøåå ñîãëàñèå ïîòîêîâ, èçìåðåííûõ ñïóòíèêîì GINGA â 1987.59 (2.3 ãîäà ïîñëå ïåðèàñòðà) è ñïóòíèêîì ASCA â 1993.44 (3 ìåñÿöà ïîñëå ïåðèàñòðà). Òåîðåòè÷åñêàÿ ñâåòèìîñòü, íàîáîðîò, ñèëüíî ìåíÿåòñÿ ñî âðåìåíåì. Êàê âèäíî èç
Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå
92
logLx 33.5
33.0
32.5 0
2
4 t, ãîäû
Ðèñ. 3.3: Òåîðåòè÷åñêàÿ êðèâàÿ áëåñêà HD193793 â äèàïàçîíå 26 êýÂ.
ðèñ.3.3, ÷åðåç äâà ãîäà ïîñëå ïåðèàñòðà îíà äîëæíà óìåíüøèòñÿ ïðèìåðíî â òðè ðàçà. Ýòî ðàñõîæäåíèå ñ òåîðèåé ïîäòâåðæäàþò òðè íàáëþäåíèÿ HD193793 â 198485 ãã., âûïîëíåííûå ñî ñïóòíèêà EXOSAT: âàðèàöèè ñâåòèìîñòè â äèàïàçîíå 25 êý íå ïðåâûøàëè 20% [39]. Àâòîðû [29] ðåçþìèðóþò, ÷òî íåò óáåäèòåëüíîãî ñâèäåòåëüñòâà â ïîëüçó òîãî, ÷òî íàáëþäàåìûé ïîòîê â äèàïàçîíå ýíåðãèé êâàíòîâ âûøå 2 êý çàìåòíî ìåíÿåòñÿ ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ èëè óìåíüøåíèÿ ðàññòîÿíèÿ ìåæäó çâ¼çäàìè ýòîé äâîéíîé ñèñòåìû. Èòàê, ìîäåëü, â êîòîðîé ðàññìàòðèâàåòñÿ ñòîëêíîâåíèå îäíèõ òîëüêî ðàçðåæåííûõ êîìïîíåíòîâ çâ¼çäíîãî âåòðà, íå ìîæåò îáúÿñíèòü ôàêòà ñëàáîé ïåðåìåííîñòè ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ HD193793, î êîòîðîì ïèøóò àâòîðû [28, 29]. Ïî íàøåìó ìíåíèþ, ýòî ãîâîðèò î áîëüøîé ðîëè îáëà÷íîãî êîìïîíåíòà âåòðà â ðàññìàòðèâàåìîé ñèñòåìå. Ìû ñ÷èòàåì, ÷òî äëÿ òîãî, ÷òîáû îáúÿñíèòü íàáëþäàåìóþ êðèâóþ áëåñêà äâîéíîé ñèñòåìû HD193793, íàäî ðàññìîòðåòü ìîäåëü ñòîëêíîâåíèÿ äâóõôàçíûõ âåòðîâ, ñîñòîÿùèõ èç ðàçðåæåííûõ êîìïîíåíòîâ è îáëàêîâ. Ïåðåéä¼ì ê ìîäåëè ñòîëêíîâåíèÿ îáëàêîâ.
Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå
93
3.4 Ñòîëêíîâåíèÿ îáëàêîâ  îòëè÷èå îò ðàçðåæåííîãî êîìïîíåíòà, îáëàêà íå ñîçäàþò êàêîé òî îïðåäåë¼ííîé ãðàíèöû ðàçäåëà. Ïîýòîìó íóæíî îöåíèòü âêëàä êàæäîãî îáëàêà â âûñâå÷èâàíèå è ïðîñóììèðîâàòü ýòè âêëàäû. Êàæäîå äîñòàòî÷íî ïëîòíîå îáëàêî ïðàêòè÷åñêè ñâîáîäíî ïðîëåòàåò ñêâîçü îêîëîçâ¼çäíûé ãàç äâîéíîé ñèñòåìû, èñïûòûâàÿ ëèøü ïîñòåïåííîå òîðìîæåíèå â ðàçðåæåííîì ãàçå âåòðà ïðîòèâîïîëîæíîé çâåçäû. Ïîýòîìó îáëàêà ìîãóò âçàèìîäåéñòâîâàòü ïðàêòè÷åñêè ïî âñåìó îáú¼ìó ñèñòåìû. Âî âðåìÿ ðåäêèõ ñòîëêíîâåíèé îáëàêîâ âíóòðü êàæäîãî èç íèõ áåæèò óäàðíàÿ âîëíà. Ñêîðîñòü âîëíû u îòíîñèòåëüíî íåâîçìóù¼ííîãî ãàçà äëÿ îáëàêîâ 1 è 2 ñîîòâåòñòâåííî çàâèñèò îò ïëîòíîñòè îáëàêàρ. Äëÿ ñèëüíîé óäàðíîé âîëíû ñ âûñâå÷èâàíèåì íà ôðîíòå ñïðàâåäëèâ çàêîí ñîõðàíåíèÿ ïîòîêà èìïóëüñà:
ρ1 u21 ≈ ρ2 u22 . èç êîòîðîãî ñëåäóåò èçâåñòíîå ñîîòíîøåíèå: r u1 ρ2 ≈ . u2 ρ1
(3.1)
(3.2)
Åñëè ïëîòíîñòè îáëàêîâ îäèíàêîâû, òî âåëè÷èíàu ïðèáëèçèòåëüíî ðàâíà ñêîðîñòè îáëàêà îòíîñèòåëüíî öåíòðà ìàññ, òî åñòü â ñèñòåìå öåíòðà ìàññ îáëàêîâ ôðîíò íåïîäâèæåí, à íåâîçìóù¼ííûé ãàç êàê áû íàòåêàåò íà íåãî è êàæäîå èç îáëàêîâ ñæèìàåòñÿ â áëèí.  ñëó÷àå áîëüøîãî ðàçëè÷èÿ â ïëîòíîñòÿõ îáëàêîâ ïîëó÷àåòñÿ èíàÿ êàðòèíà. Ïî ìåíåå ïëîòíîìó îáëàêó áåæèò ìîùíàÿ âîëíà, ñêîðîñòü êîòîðîé áëèçêà ê àëãåáðàè÷åñêîé ñóììå ñêîðîñòåé îáëàêîâ u1 +u2 , â òî âðåìÿ êàê â áîëåå ïëîòíîì ñêîðîñòü çíà÷èòåëüíî íèæå.
3.4.1 Êðèòåðèé âûñâå÷èâàíèÿ Âûÿñíèì, ïðè êàêèõ óñëîâèÿõ ãàç âûñâå÷èâàåòñÿ. Íàñ èíòåðåñóåò, ÷òî ïðîèçîéä¼ò ðàíüøå: ãàç âûñâåòèòñÿ èëè óäàðíàÿ âîëíà ïðîéä¼ò ïî
Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå
94
îáëàêó. Äëÿ ýòîãî ñîïîñòàâèì äèíàìè÷åñêèé ìàñøòàá
tD =
d , ãäå u
(3.3)
u ñêîðîñòü óäàðíîé âîëíû, òî åñòü ñêîðîñòü îáëàêà îòíîñèòåëüíî öåíòðà ìàññ, ñ âðåìåíåì âûñâå÷èâàíèÿ íà ôðîíòå
tc =
kTsh . 4ne ϕ
(3.4)
Çäåñü k ïîñòîÿííàÿ Áîëüöìàíà, Tsh òåìïåðàòóðà íà ôðîíòå, îïðåäåëÿåìàÿ àäèàáàòîé Ãþãîíèî,
kTsh =
3 maem µu2 , 16
n ïëîòíîñòü ÷èñëà ÷àñòèö â íåâîçìóù¼ííûé ÷àñòè îáëàêà, à ϕ ôóíêöèÿ âûñâå÷èâàíèÿ. Ìíîæèòåëü 4 ó÷èòûâàåò ñæàòèå ãàçà íà ôðîíòå.  ðàññìàòðèâàåìûõ óñëîâèÿõ ãëàâíûì ìåõàíèçìîì ðàäèàöèîííîãî îõëàæäåíèÿ ÿâëÿåòñÿ òîðìîçíîå èçëó÷åíèå [74]: √ −27 ϕ ≈ 1.43 · 10 < g > T · σ.
(3.5)
Ìíîæèòåëü Ãàóíòà < g >, ñîãëàñíî [74], ïðèìåì ðàâíûì 1.2. Âåëè÷èíà
σ ïîëó÷àåòñÿ ñóììèðîâàíèåì ïî íàèáîëåå îáèëüíûì õèìè÷åñêèì ýëåìåíòàì X (3.6) σ= Zi2 Yi , i
ãäå Zi çàðÿä ÿäðà, à Yi îòíîñèòåëüíîå ñîäåðæàíèå õèìè÷åñêîãî P ýëåìåíòà ïî ÷èñëó ÷àñòèö, ïðè÷¼ì i Yi = 1. Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî âñå ïðèíèìàåìûå âî âíèìàíèå ýëåìåíòû ïîëíîñòüþ èîíèçîâàíû.  ñëó÷àå ÎÂçâåçäû äîñòàòî÷íî ó÷åñòü òîëüêî âîäîðîä è ãåëèé, ïðè ýòîì âåëè÷èíà σOB îêàçûâàåòñÿ ÷èñëåííî ðàâíîé ìîëåêóëÿðíîìó âåñó ãàçà µ áåç ó÷¼òà ýëåêòðîíîâ:
σOB = µ ≈ 1.3. Äëÿ îöåíêè σOB ìû ïîëîæèëè ñîäåðæàíèå ãåëèÿ YHe ðàâíûì 0.1. Âåòåð îò çâåçäû WR èìååò èíîé ñîñòàâ; â í¼ì ìàëî âîäîðîäà, âåëèêî ñîäåðæàíèå ãåëèÿ è åñòü çàìåòíîå êîëè÷åñòâî óãëåðîäàYC . Ïðèìåì YHe =
Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå
95
0.9 è YC = 0.05 [39]. Ïðè íèçêîì ñîäåðæàíèè âîäîðîäà åãî êîíêðåòíîå çíà÷åíèå ïðàêòè÷åñêè íå âëèÿåò íà îêîí÷àòåëüíûé ðåçóëüòàò, ïóñòü YH = YC .  ýòîì ñëó÷àå σWR = 5.45. Ïðè îäíîé è òîé æå ïëîòíîñòè ρ ÷èñëî ÷àñòèö n îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíî ìîëåêóëÿðíîìó âåñó. Ïîýòîìó âëèÿíèå õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà íà âåëè÷èíó ϕ îïðåäåëÿåòñÿ äðîáüþ σ/µ. Ýòà âåëè÷èíà ðàâíà åäèíèöå ó Îçâåçäû è ïðèáëèçèòåëüíî 1.3 ó çâ¼çä òèïà WR. Èòàê, ýôôåêòèâíîñòü îõëàæäåíèÿ ïóò¼ì òîðìîçíîãî èçëó÷åíèÿ â îáëàêàõ îò çâ¼çä òèïà WR ïðèìåðíî íà 30% âûøå, òî åñòü â ýòèõ îáëàêàõ ãàç âûñâå÷èâàåòñÿ áûñòðåå, ïîýòîìó îöåíêó ïðîâåä¼ì äëÿ îáëàêîâ O-çâåçäû. Óñëîâèå âûñâå÷èâàíèÿ îáëàêà
tD ≥ tc .
(3.7)
Ïîäñòàâëÿåì â (3.7) âûðàæåíèÿ äëÿ tD (3.3) è tc (3.4), â êîòîðûõ ó÷èòûâàåì àäèàáàòó Ãþãîíèî è (3.5). Òîãäà íåðàâåíñòâî (3.7) ìîæíî ïåðåïèñàòü â âèäå
√
µ u2 3màåìk nd ≥ √ . 16Ze 1, 43 · 10−27 < g > σ µ
(3.8)
Òåïåðü ïîäñòàâèì â (3.8) Ze è σ/µ äëÿ Îçâåçäû, à òàêæå ìèðîâûå êîíñòàíòû. Îòìåòèì, ÷òî ïðîèçâåäåíèå nd ýòî ïîâåðõíîñòíàÿ ïëîòíîñòü îáëàêà, îáîçíà÷èì å¼ Ω. Åñëè âûðàçèòü ïîâåðõíîñòíóþ ïëîòíîñòü â åäèíèöàõ 1022 ñì2 , à ñêîðîñòü ðàñïðîñòðàíåíèÿ âîëíû â åäèíèöàõ 3000 êì/ñ, òî îêîí÷àòåëüíî íåðàâåíñòâî ïåðåïèøåòñÿ â âèäå
7 2 Ω22 ≥ √ w3000 ãäå µ Ω22 = Ω/1022 ñì2 , à w3000 =
u . 3000 êì/c
(3.9)
(3.8)(3.9) ïîêàçûâàþò, êàê èìåííî
ïëîòíîñòü è ðàçìåð îáëàêà ñâÿçàíû ìåæäó ñîáîé. Òàê êàê ïëîòíîñòü ðàçðåæåííîãî êîìïîíåíòà çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû ∼ 109 ñì−3 , òî äëÿ îáëàêà ðàçìåðîì d = 1010 ñì êîíòðàñò ïëîòíîñòè îáëàêà è ðàçðåæåííîãî êîìïîíåíòà áóäåò ∼ 104 . Åñëè æå ðàçìåð îáëàêà d = 1011 ñì, òî êîíòðàñò ïëîòíîñòè ñîñòàâèò 103 . Äàëüíåéøèå ðàñ÷¼òû ìû áóäåì
Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå
96
ïðîâîäèòü, ïðåäïîëàãàÿ âûïîëíåííûì êðèòåðèé âûñâå÷èâàíèÿ (3.9), åñëè íå îãîâîðåíî îáðàòíîå.
3.4.2 Ïàðàìåòðû îáëàêîâ: ìàññà è ñâåòèìîñòü îäíîãî îáëàêà, âåðîÿòíîñòü ñòîëêíîâåíèÿ è ÷àñòîòà ñîóäàðåíèÿ îáëàêîâ Îïðåäåëèì ïàðàìåòðû îáëàêîâ, êîòîðûå ìîãóò äàâàòü íàáëþäàåìîå ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå. Îáîçíà÷èì ïîñðåäñòâîì d ðàçìåð îáëàêà. Ïî âèäèìîìó, ñóùåñòâóåò öåëûé ñïåêòð âåëè÷èíû d. Íàñ â ýòîé ðàáîòå áóäóò èíòåðåñîâàòü îáëàêà ïîðÿäêà 1010 ñì, â ñâÿçè ñ ÷åì ìû ââåä¼ì áåçðàçìåðíûé ïàðàìåòð d10 = d/1010 ñì. Ïðè d10 = 1 ïëîòíîñòü ÷èñëà ÷àñòèö âûñâå÷èâàþùåãîñÿ îáëàêà, ñîãëàñíî (3.9), íå äîëæíà áûòü ìåíüøå 7 · 1012 ñì−3 . Ãðóáóþ îöåíêó ÷èñëà âçàèìîäåéñòâóþùèõ îáëàêîâ â äâîéíîé ñèñòåìå ìîæíî ïîëó÷èòü ñëåäóþùèì îáðàçîì. Ìûñëåííî îêðóæèì îäíó èç çâ¼çä ñôåðîé ðàäèóñà R. Ìàññà îáëàêîâ âíóòðè ñôåðû ðàâíà
M˙ ·R , (3.10) V ãäå V ñêîðîñòü äâèæåíèÿ îáëàêà. Ñ ïîìîùüþ (3.9) îöåíèì ìàññó îäíîãî îáëàêà, óäîâëåòâîðÿþùåãî óñëîâèþ âûñâå÷èâàíèÿ. Åñëè äèàìåòð M (R) =
îáëàêà ðàâåí d, òî åãî îáú¼ì ðàâåí πd3 /6. Åñëè íàì èçâåñòíà ïîâåðõíîñòíàÿ ïëîòíîñòü îáëàêà, òî åãî ìàññà çàïèøåòñÿ òàê
π µ · maem Ω · d2 . 6 Ñ ó÷¼òîì óñëîâèÿ âûñâå÷èâàíèÿ (3.9) ïîëó÷èì îãðàíè÷åíèå íà ìàññó m1 =
îäíîãî îáëàêà
√ 2 m1 ≥ 6.08 · 1018 µw3000 d210 ã.
(3.11)
Îòñþäà ñëåäóåò âåðõíÿÿ îöåíêà ÷èñëà îáëàêîâ âíóòðè ñôåðû ðàäèóñàR:
N (R) ≤
M (R) , m1
(3.12)
èëè, ïîäñòàâëÿÿ ñþäà (3.10) è (3.11), ïîëó÷èì
N (R) ≤ 3.67 · 107
M˙ 5 R14 √ 3 , d210 µw3000
(3.13)
Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå
97
Çäåñü M˙ 5 îáîçíà÷àåò òåìï ïîòåðè ìàññû, âûðàæåííûé â åäèíèöàõ
10−5 M¯ /ãîä, à R14 = R/1014 ñì. Îöåíèì âåðîÿòíîñòü p ñòîëêíîâåíèÿ îáëàêà ñ îäíèì èç îáëàêîâ äðóãîé çâåçäû. Ñäåëàåì ïðåäïîëîæåíèå, ÷òî îòíîøåíèå ñóììû ñå÷åíèé âñåõ îáëàêîâ π4 N d2 ê ñå÷åíèþ ñôåðû πR2 ÿâëÿåòñÿ ìàëîé âåëè÷èíîé. Òîãäà ìîæíî ïðåíåáðå÷ü ïåðåêðûòèåì îáëàêîâ, îòêóäà ñëåäóåò
p≈
N d2 . 4R2
(3.14)
Ïîäñòàâèâ ñþäà (3.12), ïîëó÷èì âåðõíþþ îöåíêó âåðîÿòíîñòè
p ≈ 9.2 · 10−2 √
M˙ 5 . 3 µR14 w3000
(3.15)
×èñëåííûå çíà÷åíèÿ p ïðèâåäåíû â òàáëèöå äëÿ êàæäîãî âåòðà â äâóõ òî÷êàõ îðáèòû: ïåðèàñòðà è àïîàñòðà. Ñêâîçü àïîàñòð ïåðèàñòð WR
7.8%
88%
OB
0.30%
3.40%
Áîëüøàÿ âåëè÷èíà p äëÿ äâèæåíèÿ ñêâîçü âåòåð WR â ïåðèàñòðå, êîíå÷íî, íå ðàâíà èñòèííîé âåðîÿòíîñòè, òàê êàê â ýòîì ñëó÷àå çàìåòíóþ ðîëü èãðàåò ïåðåíàëîæåíèå îáëàêîâ íà ëó÷å çðåíèÿ. Îíî ìîæåò èìåòü ìåñòî ïðèáëèçèòåëüíî â ïîëîâèíå ñëó÷àåâ, ïîýòîìó âåðîÿòíîñòü ñòîëêíîâåíèÿ çäåñü ïîðÿäêà 40%. Îöåíèì ÷àñòîòó ñòîëêíîâåíèé îáëàêîâ âíóòðè ñôåðû ðàäèóñàR, ãäå R â äàííîì ñëó÷àå ðàâíî ðàññòîÿíèþ ìåæäó çâ¼çäàìè. Äëèíà ñâîáîäíîãî ïðîáåãà l îïðåäåëÿåòñÿ ïëîòíîñòüþ ÷èñëà îáëàêîâ äðóãîãî âåòðà è èõ ñå÷åíèåì.  êà÷åñòâå ïåðâîãî ïðèáëèæåíèÿ ìîæíî ïðèíÿòü
l=
2 R3 , 3 N (R) · d2
(3.16)
åñëè îáëàêî ñ÷èòàòü ñôåðîé äèàìåòðà d. ×àñòîòà ñîóäàðåíèé îáëàêîâ ðàâíà
ν=
Vi Ni . lj
(3.17)
Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå
98
Çäåñü ïîäðàçóìåâàåòñÿ, ÷òî îáëàêà i−é çâåçäû ëåòÿò ñêâîçü âåòåð j−é, ïðè÷¼ì Vi ñêîðîñòü îáëàêîâ âåòðà îäíîé çâåçäû îòíîñèòåëüíî îáëàêîâ âåòðà äðóãîé çâåçäû.  îáùåì ñëó÷àå îáëàêà ëåòÿò ïîä íåêîòîðûì óãëîì äðóã ê äðóãó, íî äëÿ îöåíîê ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî ñòîëêíîâåíèå ëîáîâîå, òîãäà Vi = VW R + VOB . Ôîðìóëà ñèììåòðè÷íà îòíîñèòåëüíî çâ¼çä, ïîýòîìó êîíå÷íûé ðåçóëüòàò äëÿ ÷àñòîòû ñòîëêíîâåíèÿ îáëàêîâ íå èçìåíèòñÿ ïðè ïåðåìåíå òî÷åê çðåíèÿ. Ïîäñòàâëÿÿ ñþäà ïîëó÷åííûå âûøå âûðàæåíèÿ äëÿ Ni è lj , ïðèõîäèì ê ôîðìóëå WR OB M˙ 5WR M˙ 5OB (w3000 + w3000 ) ν(ñåê ) = 60.6 √ . ¡ WR ¢ OB 3 · d2 µWR µOB · R14 · w3000 · w3000 10 −1
(3.18)
Îòñþäà ñëåäóåò, ÷òî äëÿ îáëàêîâ d10 = 1 âåëè÷èíà ν ìîæåò ñîñòàâëÿòü äî 13 ñåê−1 â àïîàñòðå è 145 ñåê−1 â ïåðèàñòðå, åñëè ïîòîêè ïðåäñòàâëåíû, â îñíîâíîì, îáëàêàìè äàííîãî ðàçìåðà. Ïåðåéä¼ì ê îöåíêå ñâåòèìîñòè îäíîé ïàðû îáëàêîâ, ïðåäïîëàãàÿ âûñâå÷èâàíèå õîòÿ áû îäíîãî èç íèõ.  ýòîì ñëó÷àå ïîëíûé ïîòîê èçëó÷åíèÿ, ïðîñóììèðîâàííûé ïî âñåì ÷àñòîòàì, ðàâåí ïîòîêó âåùåñòâà ÷åðåç ôðîíò. Ïîýòîìó ñâåòèìîñòü îäíîãî îáëàêà L1 âûðàæàåòñÿ ÷åðåç ïëîùàäü åãî ïîâåðõíîñòè S1 , ïëîòíîñòü íåâîçìóù¼ííîãî ãàçà â í¼ì ρ è ñêîðîñòüþ óäàðíîé âîëíû [74]
1 L1 = S1 ρu3 . 2 Ïðåäñòàâèì âûðàæåíèå äëÿ ñâåòèìîñòè â âèäå 1 πd2 Ω · µmàåì u3 . 2 4 d Ïîäñòàâëÿÿ ñþäà (3.9), ïðèõîäèì ê îöåíêå ñíèçó äëÿ âûñâå÷èâàþùåãîñÿ L1 =
îáëàêà;
√ 5 L1 = 1.23 · 1034 µd10 w3000 ýðã/ñ.
(3.19)
Îòñþäà ñëåäóåò, ÷òî ñòîëêíîâåíèå îäíîé ïàðû îáëàêîâ ìîæåò äàòü äîñòàòî÷íî ìîùíîå èçëó÷åíèå. Äëèòåëüíîñòü ñòîëêíîâåíèÿ îïèñûâàåòñÿ äèíàìè÷åñêîé øêàëîé âðåìåíè è, ñîãëàñíî (3.3), ñîñòàâëÿåò
tD ≈ 30
d10 ≈ 30 ñåê. w3000
Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå
99
Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ íàáëþäàåìîé ñâåòèìîñòè HD193793 äîñòàòî÷íà âåëè÷èíà ν
≈ 0.1 ñåê−1 ; îíà ïðèìåðíî â 100 ðàç ìåíüøå, ÷åì
ïðèâåä¼ííûå âûøå çíà÷åíèÿ 13 ñåê−1 è 145 ñåê−1 è ìîæåò áûòü îáåñïå÷åíà îòíîñèòåëüíî íåáîëüøîé äîëåé îáëàêîâ çâ¼çäíîãî âåòðà.
3.5 Êðèâàÿ áëåñêà â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå. Ðåíòãåíîâñêàÿ êðèâàÿ áëåñêà ðàññìàòðèâàåìîé äâîéíîé ñèñòåìû îïðåäåëÿåòñÿ, ãëàâíûì îáðàçîì, èçìåíåíèåì ðàññòîÿíèÿ R ìåæäó å¼ êîìïîíåíòàìè.  ñèëó åãî áîëüøîé âåëè÷èíû çäåñü íå ñóùåñòâåííû íè çàòìåíèÿ çâ¼çäàìè, íè ïðîöåññ âûõîäà âåòðà íà óñòàíîâèâøèéñÿ ñêîðîñòíîé ðåæèì. Âàæíóþ ðîëü èãðàåò âûñâå÷èâàíèå ãàçà. Ìû áóäåì ðàçëè÷àòü äâà ïðåäåëüíûõ ñëó÷àÿ: àäèàáàòè÷åñêîå ðàñøèðåíèå ãàçà ïîñëå ïðîõîæäåíèÿ ôðîíòà, ëèáî åãî ïîëíîå âûñâå÷èâàíèå.  ðàçäåëå 3.3 íàñòîÿùåé ãëàâû áûëî ðàññìîòðåíî èçëó÷åíèå ðàçðåæåííîãî êîìïîíåíòà âåòðà, òåïåðü ìû îáñóäèì ïîâåäåíèå îáëàêîâ. Áóäåì ïðåäïîëàãàòü âûïîëíåííûì óñëîâèå (3.9) âûñâå÷èâàíèÿ è äëÿ òàêèõ îáëàêîâ âûÿñíèì çàâèñèìîñòü ñâåòèìîñòè îò ðàññòîÿíèÿ ìåæäó êîìïîíåíòàìè. Ïðè êàæäîì ñòîëêíîâåíèè õîòÿ áû îäíî îáëàêî ïîëíîñòüþ âûñâå÷èâàåò ñâîþ ýíåðãèþ. Ïîýòîìó ðåíòãåíîâñêàÿ êðèâàÿ áëåñêà â äàííîì ñëó÷àå îïðåäåëÿåòñÿ âåðîÿòíîñòüþ p ñòîëêíîâåíèÿ îáëàêà ñ îäíèì èç îáëàêîâ äðóãîãî âåòðà. Ïîäñòàâèì â (3.14) ÷èñëî îáëàêîâ â ñôåðå ðàäèóñà R êàê îòíîøåíèå ìàññû îáëàêîâ (3.10) ê ìàññå îäíîãî îáëàêà, ðàâíîé ïðîèçâåäåíèþ ïëîòíîñòè îáëàêà ρ íà åãî îáú¼ì
πd3 /6: m1 = ρπd3 /6.  ðåçóëüòàòå ïîëó÷èì 3 M˙ 1 p= . 2π V ρRd
(3.20)
Ïðè áîëüøåì ðàññòîÿíèè ìåæäó êîìïîíåíòàìè îáëàêî äî ñâîåãî âõîæäåíèÿ â ÷óæîé âåòåð ïðîëåòàåò áîëüøèé ïóòü è ñèëüíåå ðàñøèðÿåòñÿ.  ñèëó áàëàíñà äàâëåíèé ñî ñâîèì ðàçðåæåííûì ãàçîì ïëîòíîñòü îáëàêà ïðîïîðöèîíàëüíà ïëîòíîñòè ðàçðåæåííîãî ãàçà, êîòîðàÿ ïàäàåò êàê R−2 . Áóäåì ñ÷èòàòü, ÷òî d ∝ ρ−1/3 . Ñëåäîâàòåëüíî,
Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå
100
ïðîèçâåäåíèå ρRd â çíàìåíàòåëå (3.20) óìåíüøàåòñÿ êàê R−1/3 , à âåðîÿòíîñòü p ðàñò¼ò ïðîïîðöèîíàëüíî R1/3 . Èòàê, â ìîäåëè ñòîëêíîâåíèÿ îáëàêîâ ðåíòãåíîâñêàÿ ñâåòèìîñòü ñëàáî ðàñò¼ò, à íå ïàäàåò ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ ðàññòîÿíèÿ ìåæäó êîìïîíåíòàìè. Ïîëó÷åííûé ðåçóëüòàò ëåãêî ñîãëàñîâàòü ñ ðàññìîòðåííûìè âûøå íàáëþäåíèÿìè
HD193793.
Ìû
ïðåäëàãàåì
ñëåäóþùóþ
ìîäåëü
ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ ýòîé ñèñòåìû. Áîëüøóþ ÷àñòü, îêîëî 80% íàáëþäàåìîãî ïîòîêà ïî ïðåäïîëîæåíèþ äàþò ñòîëêíîâåíèÿ îáëàêîâ è îêîëî 20% ðàçðåæåííûå êîìïîíåíòû âåòðîâ. Ïðè èçìåíåíèè ðàññòîÿíèÿ ìåæäó çâ¼çäàìè âî âðåìÿ îðáèòàëüíîãî âðàùåíèÿ âêëàäû îáëàêîâ è ðàçðåæåííîé ñðåäû ìåíÿþòñÿ â ïðîòèâîïîëîæíûå ñòîðîíû. Äëÿ êîíêðåòíîñòè ðàññìîòðèì ôàçó îðáèòàëüíîãî ïåðèîäà, ñâÿçàííóþ ñ óäàëåíèåì çâ¼çä.  ýòî âðåìÿ íåáîëüøîå óâåëè÷åíèå ñâåòèìîñòè îáëàêîâ êîìïåíñèðóåòñÿ
çíà÷èòåëüíûì
îñëàáëåíèåì
âêëàäà
ðàçðåæåííîãî
êîìïîíåíòà âåòðà è ðåíòãåíîâñêàÿ ñâåòèìîñòü ñèñòåìû â öåëîì îñòà¼òñÿ ïðèáëèçèòåëüíî ïîñòîÿííîé. Àíàëîãè÷íûå ïðîöåññû, íî ñ ïðîòèâîïîëîæíûì çíàêîì ïðîèñõîäÿò âî âðåìÿ ñáëèæåíèÿ çâ¼çä. Îòëè÷èòåëüíîé äèñêðåòíîñòü,
÷åðòîé
êîòîðàÿ
ñòîëêíîâåíèé
ìîæåò
íàéòè
ñâî¼
îáëàêîâ
ÿâëÿåòñÿ
îòðàæåíèå
â
èõ
ôîðìå
ôëóêòóàöèé ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ. Ðîëü ôëóêòóàöèé îïðåäåëÿåòñÿ áåçðàçìåðíûì ïàðàìåòðîì
q = ν · tD . Ïðè q À 1 â êàæäûé ìîìåíò âðåìåíè âçàèìîäåéñòâóåò ìíîãî îáëàêîâ, è âñïûøêè, ñâÿçàííûå ñ îòäåëüíûìè ñòîëêíîâåíèÿìè, óñðåäíÿþòñÿ. Íàîáîðîò, åñëè q ≤ 1, òî ðîëü êàæäîé âñïûøêè âîçðàñòàåò, è ìîãóò íàáëþäàòüñÿ ôëóêòóàöèè ñâåòèìîñòè íà ìàñøòàáàõ âðåìåíè tD è 1/ν . Äåéñòâèòåëüíîå çíà÷åíèå q çàâèñèò îò ñïåêòðà ìàññ îáëàêîâ. Åñëè äîñòàòî÷íî áîëüøàÿ ìàññà âåòðà çàêëþ÷åíà â îáëàêàõ ñ ðàçìåðàìè
d10 ≈ 1, òî ñîãëàñíî ïðèâåä¼ííûì âûøå îöåíêàì ν , q ëåæèò â äèàïàçîíå îò 390 (â àïîàñòðå) äî 4350 (â ïåðèàñòðå).  ýòîì ñëó÷àå ðåíòãåíîâñêàÿ ñâåòèìîñòü èìååò êâàçèíåïðåðûâíûé õàðàêòåð. Íî åñëè ñïåêòð ìàññ
Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå
101
ñìåù¼í â ñòîðîíó áîëåå ïëîòíûõ è êîìïàêòíûõ îáëàêîâ, òî èçëó÷åíèå ìîæåò ïðîÿâëÿòüñÿ â ôîðìå êîðîòêèõ ÿðêèõ âñïûøåê, ðàçäåë¼ííûõ ïðîìåæóòêàìè âðåìåíè ïîðÿäêà 1/ν . Êîíå÷íî,
äåéñòâèòåëüíàÿ
êàðòèíà
âçàèìîäåéñòâèÿ
îáëàêîâ
çíà÷èòåëüíî ñëîæíåå ïðèâåä¼ííîé çäåñü ñõåìû. Íàïðèìåð, ìû íå ñòàëè îáñóæäàòü âïîëíå âîçìîæíûé âàðèàíò, êîãäà ïðè óâåëè÷åíèè ðàññòîÿíèÿ ìåæäó êîìïîíåíòàìè, îáëàêà âåòðà îò îäíîé èç çâ¼çä ïåðåñòàþò âûñâå÷èâàòüñÿ. Ýòîò ôàêòîð ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî êðèâàÿ áëåñêà îáëàêîâ çàâèñèò îò ðàññòîÿíèÿ ìåæäó êîìïîíåíòàìè åù¼ ñëàáåå, ÷åì R1/3 . Êðîìå òîãî, íåêîòîðóþ ðîëü ìîæåò èãðàòü ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå ðàçðåæåííîãî êîìïîíåíòà, âîçìóù¼ííîãî îáëàêàìè ÷óæîãî âåòðà. Îíî íàèáîëåå ñèëüíî äëÿ îáëàêîâ, ïðîëåòàþùèõ íå ñëèøêîì äàëåêî îò ïðîòèâîïîëîæíîé çâåçäû.
Äèñêóññèÿ Ñèëüíàÿ âûòÿíóòîñòü è áîëüøèå ðàçìåðû äâîéíîé ñèñòåìû HD193793 ïîçâîëèëè ÿñíî óâèäåòü âîçìîæíóþ ðîëü ñòîëêíîâåíèé îáëàêîâ â ãåíåðàöèè å¼ ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ. Èìåííî îáëàêà ìîãóò äàòü íàáëþäàåìóþ êàðòèíó, ïðè êîòîðîé ñâåòèìîñòü ñèñòåìû, ñîãëàñíî èìåþùèìñÿ íàáëþäåíèÿì, ñëàáî çàâèñèò îò ðàññòîÿíèÿ ìåæäó çâ¼çäàìè. Êîíå÷íî, îïðåäåë¼ííóþ ðîëü èãðàåò è îáû÷íî ðàññìàòðèâàåìîå â ëèòåðàòóðå âçàèìîäåéñòâèå ðàçðåæåííûõ êîìïîíåíòîâ, îäíàêî â äàííîì ñëó÷àå íå îíî ÿâëÿåòñÿ ðåøàþùèì ôàêòîðîì. Íàøè ðåçóëüòàòû ñîãëàñóþòñÿ ñ àíàëèçàìè ×åðåïàùóêà [36]. Âîïðîñ î òîì, íàñêîëüêî òèïè÷íî âëèÿíèå îáëà÷íîé ñòðóêòóðû âåòðà íà ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå äâîéíûõ ñèñòåì, ïîâèäèìîìó, ìîæåò áûòü ðåø¼í ïðè áîëåå äåòàëüíîì èññëåäîâàíèè äðóãèõ îáúåêòîâ.
Ãëàâà 4 Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140 4.1 Äàííûå íàáëþäåíèé è îñíîâíûå ïðåäñòàâëåíèÿ Â
ýòîì
ðàçäåëå
ñîáðàíû
îñíîâíûå
ðåçóëüòàòû
íàáëþäåíèé,
êàñàþùèåñÿ ïðîáëåìû îáðàçîâàíèÿ ïûëè â äâîéíûõ ñèñòåìàõ ñ ãîðÿ÷èìè êîìïîíåíòàìè. Êðîìå òîãî, èçëîæåíû èäåè è ïîäõîäû, ïðåäëàãàåìûå ðàçíûìè àâòîðàìè äëÿ ðåøåíèÿ ýòîé ïðîáëåìû. Óãëåðîäíûå çâ¼çäû Âîëüôà-Ðàéå, äâîéíûå è îäèíî÷íûå, ÷àñòî îêàçûâàþòñÿ
èñòî÷íèêàìè
â
âðåìÿ
íàñòîÿùåå
èíôðàêðàñíîãî
èíòåðïðåòèðóåòñÿ
êàê
èçëó÷åíèÿ, ïðîÿâëåíèå
êîòîðîå ïûëè
â
îêîëîçâ¼çäíîì ïðîñòðàíñòâå [98, 97, 99]. Ïðàêòè÷åñêè âñå çâ¼çäû, âîêðóã êîòîðûõ íàáëþäàåòñÿ ôîðìèðîâàíèå ïûëè, îòíîñÿòñÿ ê ïîçäíèì ïîäòèïàì.  1987 ãîäó Âèëüÿìñ è äð. [100] îïóáëèêîâàëè ðåçóëüòàòû èíôðàêðàñíîé ôîòîìåòðèè 41 çâåçäû ÂîëüôàÐàéå íàñåëåíèÿ I, êóäà âîøëè âñå èçâåñòíûå íà òîò ìîìåíò çâ¼çäû WC8 10 è WN911. Èçëó÷åíèå ïûëè ïîêàçàëè 5 èç 10 çâ¼çä WC8, 14 èç 17 çâ¼çä WC9 è îäíà çâåçäà WC10. Çâ¼çäû àçîòíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè â ñïèñêå ÈÊ-èñòî÷íèêîâ ïðåäñòàâëåíû ãîðàçäî ñëàáåå: îäíà çâåçäà WN11 è, âîçìîæíî, îäíà WN10. Ýòî ðàçëè÷èå, ïî âñåé âèäèìîñòè, îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî â çâ¼çäàõ WC ïîçäíåãî òèïà ñîäåðæàíèå óãëåðîäà ñóùåñòâåííî ïðåâûøàåò ñðåäíåå êîñìè÷åñêîå. Íàïðèìåð, äëÿ WR140 åãî îïðåäåëèëè êàê 0.05 ïî ÷èñëó ÷àñòèö [39]. Èìåííî ýòîò îáúåêò ÿâëÿåòñÿ íàèáîëåå 102
Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140
103
èññëåäîâàííûì è îáû÷íî ñ åãî ïàðàìåòðàìè ñðàâíèâàþò ðåçóëüòàòû òåîðåòè÷åñêèõ ðàñ÷¼òîâ. Íî äëÿ ïîëíîòû êàðòèíû ïðèâåä¼ì íàáëþäåíèÿ ðÿäà äðóãèõ îäèíî÷íûõ è äâîéíûõ çâ¼çä ñ ïûëüþ. WR è WR+OB-çâ¼çäû ñ ïûëüþ
WR 19. WC4+OB, ïåðèîä ïîðÿäêà 10.1 ëåò, îòíîñèòñÿ ê ñèñòåìàì ñ ýïèçîäè÷åñêèì ôîðìèðîâàíèåì ïûëè [101], ïåðèîäè÷íîñòü ÈÊ-âñïûøåê ïðèáëèçèòåëüíî 10 ëåò [102].
WR 103. WC9 [103]; îáíàðóæåíà ïåðåìåííîñòü ëèíèé, îäíèì èç âîçìîæíûõ îáúÿñíåíèé êîòîðîé ÿâëÿåòñÿ íàëè÷èå îáëàêîâ â âåòðå çâåçäû [104]; òàêæå íàáëþäàåòñÿ ïåðåìåííîå ïîãëîùåíèå, êîòîðîå, âåðîÿòíî, âûçâàíî êîíäåíñàöèåé ïûëåâûõ îáëàêîâ [105].
WR 104. WC9, ñîãëàñíî [106] äèàìåòð ïûëåâîãî îáëàêà íå ìåíüøå 60 R¯ (20 R∗ ) è ôîðìèðîâàíèå ïûëè ïðîèñõîäèò íà ðàññòîÿíèè, áîëüøåì 300 R¯ (100 R∗ ) À 2.1 · 1013 ñì, à ïî äàííûì [107] ïûëåâàÿ îáîëî÷êà èìååò ñïèðàëüíóþ ñòðóêòóðó è å¼ ðàçìåð ñîñòàâëÿåò ïîðÿäêà 2 · 1015 ñì. Îáíàðóæåíû ÿñíûå ïðèçíàêè ñóùåñòâîâàíèÿ OB-êîìïîíåíòà [106, 107].
WR 112. WC9, óãëîâûå ðàçìåðû ïûëåâîé îáëàñòè 0.06 , ëèíåéíûå 00
∼ 1015 ñì ([105, 108] îïðåäåëÿþò ëèíåéíûå ðàçìåðû ïûëåâîé îáëàñòè êàê 1018 ñì ïðè òåõ æå óãëîâûõ), ïûëü ïî ðàäèóñó ðàñïðåäåëåíà íåðàâíîìåðíî, å¼ òåìïåðàòóðà âî âíóòðåííåé çîíå ∼1150 K [103].
WR 121. WC9, ïûëü îáðàçóåòñÿ âî âðåìåííûõ êîíäåíñàöèÿõ îïòè÷åñêè òîëñòîãî îáëàêà, íàõîäÿùåãîñÿ íà ëó÷å çðåíèÿ, àíàëîãè÷íî òîìó, êàê ýòî ïðîèñõîäèò âîêðóã R Corona Borealis çâ¼çä. Ïûëü îáðàçóåòñÿ áëèçêî ê ïîâåðõíîñòè, íà ðàññòîÿíèè 80 − 800 R¯ ( 5.6 · 1011 −
1012 ñì) îò íå¼. Îöåíêà ðàçìåðîâ ïûëèíîê: ∼ 0.1 µm. [105]
WR 125. Äâîéíàÿ çâåçäà WC7+O9, íàáëþäàëàñü íà ïðîòÿæåíèè ðÿäà ëåò [101, 109, 110]. Èìååò ñïåêòð, àíàëîãè÷íûé ñïåêòðó WR 140. Îòíîñèòñÿ ê ñèñòåìàì ñ ýïèçîäè÷åñêèì ôîðìèðîâàíèåì ïûëè. Ò.ê. íåò êàêèõ-ëèáî îñíîâàíèé ñ÷èòàòü, ÷òî ïûëü ñîñòîèò èç ñèëèêàòîâ, êàðáèäà êðåìíèÿ èëè ãðàôèòà, â [110] óòâåðæäàåòñÿ, ÷òî ïûëü â WR 125 ÿâëÿåòñÿ
Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140
104
àìîðôíûì óãëåðîäîì. Ìîäåëèðîâàíèå ïî òèïó WR 140, äàëî, ÷òî â èçîòåðìè÷åñêîì ñëó÷àå ìàññà è òåìïåðàòóðà ïûëè ñîñòàâëÿåò md = 2 ×
10−7 M¯ , Td = 673 Ê, à ôîðìèðóåòñÿ îíà íà ðàññòîÿíèè ïðèáëèçèòåëüíî r = 7184 R∗ , R∗ = 19 R¯ , ò.å. ïî÷òè 1014 ì [109]. WR 134. Ïî äàííûì [103], ýòà çâåçäà ÿâëÿåòñÿ îäèíî÷íîé òèïà WN6 (SB1). Ó íå¼ îáíàðóæåíà ïåðåìåííîñòü ëèíèé, ïûëåâîå îáëàêî íàõîäèòñÿ íà ðàññòîÿíèè ∼1 ïàðñåêà îò çâåçäû, ÷òî ìîæåò áûòü ïðîèíòåðïðåòèðîâàíî êàê âçàèìîäåéñòâèå ñ îêðóæàþùåé ñðåäîé [104].
WR 137. Øèðîêàÿ äâîéíàÿ ñèñòåìà, èçëó÷åíèå ïûëè ïðîèñõîäèò â íåñêîëüêèõ ãðóïïàõ â îêðåñòíîñòÿõ çâåçäû [111, 112]. Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî ïûëü ñîñòîèò èç àìîðôíîãî óãëåðîäà [100, 113]. Ïàðàìåòðû îðáèòû ýòîé ñèñòåìû ïîõîæè íà ïàðàìåòðû îðáèòû WR140, ñóùåñòâåííîå îòëè÷èå çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî ýêñöåíòðèñèòåò îðáèòû WR 137 î÷åíü ìàë (e ≈ 0.07) [114]. Ýòîò ôàêò âëèÿåò íà õàðàêòåð ÈÊâñïûøêè: åñëè ó WR140 âñïûøêà ðåçêàÿ, òî ó WR137 ÈÊèçëó÷åíèå âûõîäèò íà ìàêñèìóì â òå÷åíèå íåñêîëüêèõ ëåò [101]. Õàðàêòåð îáðàçîâàíèÿ ïûëè â çâ¼çäàõ Âîëüôà-Ðàéå
Íàáëþäåíèÿ ïîêàçûâàþò, ÷òî õàðàêòåð îáðàçîâàíèÿ ïûëè â äâîéíûõ è îäèíî÷íûõ çâ¼çäàõ ðàçëè÷åí [111]: 1. ïî÷òè ïîñòîÿííîå ôîðìèðîâàíèå ïûëè â áîëüøèíñòâå îäèíî÷íûõ WC-çâ¼çä íàèáîëåå õîëîäíûõ ïîäòèïîâ; 2. ýïèçîäè÷åñêîå óñèëåíèå ÈÊèçëó÷åíèÿ â äîëãîïåðèîäè÷åñêèõ (ïåðèîä íåñêîëüêî ëåò) WC+O ñèñòåìàõ ñ âûòÿíóòûìè îðáèòàìè, íåçàâèñèìî îò ïîäòèïà WCêîìïîíåíòîâ. Òàêîå óñèëåíèå ïðèíÿòî íàçûâàòü ÈÊ-âñïûøêîé. Òàê, èç ñåìè çâ¼çä, âîêðóã êîòîðûõ íàáëþäàåòñÿ ýïèçîäè÷åñêîå îáðàçîâàíèå ïûëè, òîëüêî äâå ñ÷èòàþòñÿ îäèíî÷íûìè WC 89: WR 48a è WR 98a. Îñòàëüíûå ïÿòü çâåçä âõîäÿò â ñîñòàâ äâîéíûõ ñèñòåì è îòíîñÿòñÿ ê ñàìûì ðàçíûì ïîäêëàññàì: òðè (WR 125, WR 137 è WR 140)
Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140
105
ïîäêëàññà WC 7, îäíà (WR 70) ê ïîäêëàññó WC 9 è WR 19 ê ïîäêëàññó WC 4 [101]. Âî âðåìÿ ÈÊâñïûøêè áëåñê äâîéíîé ñèñòåìû WR 140 âîçðàñòàåò â íåñêîëüêî ðàç. ÈÊèçëó÷åíèå äîñòèãàåò ìàêñèìóìà ÷åðåç íåñêîëüêî äåñÿòêîâ
äíåé
ïîñëå
ìîìåíòà
ïðîõîæäåíèÿ
çâåçäîé
ïåðèàñòðà.
Ñîãëàñíî [26], WR 140 â ïðîìåæóòêå ìåæäó íîÿáð¼ì 1976 ãîäà è èþíåì 1977 ãîäà ðåçêî óâåëè÷èëà ñâîé áëåñê íà 2.5m íà äëèíå âîëíû 2.3µm è íà 1.3m íà äëèíå âîëíû 10µm.  1995 ãîäó Àííóê, àíàëèçèðóÿ äàííûå ñâîèõ ÈÊ íàáëþäåíèé è íàáëþäåíèé Âèëüÿìñà [39], ñäåëàë âûâîä, ÷òî ìàêñèìóì ÈÊ-âñïûøêè íà äëèíå âîëíû 3.8µm äîñòèãàåòñÿ ïðèáëèçèòåëüíî ÷åðåç 50 äíåé ïîñëå ìîìåíòà ïðîõîæäåíèÿ ïåðèàñòðà (íà ôàçå ∼0.017) [114]. Îñíîâûâàÿñü íà áîëåå ïîçäíèõ íàáëþäåíèÿõ â Ê ïîëîñå íà äëèíå âîëíû 2.2 µm, Âèëüÿìñ îöåíèë çàäåðæêó ÈÊâñïûøêè ïî îòíîøåíèþ ê ìîìåíòó ïðîõîæäåíèÿ ïåðèàñòðà ∼90 äíåé [101]. Ïðèðîäà ÈÊèçëó÷åíèÿ
 îáùåì ñëó÷àå ÈÊ-èçëó÷åíèå ìîæåò èìåòü òðè ïðè÷èíû: 1. èçëó÷åíèå ÷¼ðíîãî òåëà ïðè íèçêîé òåìïåðàòóðå; 2. òîðìîçíîå èçëó÷åíèå ïðîçðà÷íîãî ãàçà; 3. èçëó÷åíèå ïûëè. Ñíà÷àëà èíôðàêðàñíîå èçëó÷åíèå WR 140 ïûòàëèñü îáúÿñíèòü â ðàìêàõ ìîäåëè òîðìîçíîãî èçëó÷åíèÿ [115], à òàêæå èçëó÷åíèÿ ÷¼ðíîãî òåëà. Îäíàêî ïîñëåäóþùèå ðàáîòû ïîêàçàëè, ÷òî áåç ïðèâëå÷åíèÿ ãèïîòåçû ïûëè ýòè äâà ìåõàíèçìà ñàìè ïî ñåáå íå ìîãóò îáúÿñíèòü äâóõ îáíàðóæåííûõ îñîáåííîñòåé: ë¼ãêîãî óâåëè÷åíèÿ ñïåêòðàëüíîé èíòåíñèâíîñòè â äèàïàçîíå äëèí âîëí îò λ ≈ 1.6 µ äî λ ≈ 2.3 µ è øèðîêîãî ìàêñèìóìà â äèàïàçîíå 2.3 µ < λ < 3.6 µ [26]. Òàêîé õàðàêòåð ðàñïðåäåëåíèÿ ýíåðãèè â ñïåêòðå õàðàêòåðåí äëÿ âñåõ ìîìåíòîâ îðáèòàëüíîãî ïåðèîäà øèðîêîé äâîéíîé ñèñòåìû WR140
Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140
106
Ðèñ. 4.1: Òèïè÷íûé ñïåêòð HD193793 â èíôðàêðàñíîì äèàïàçîíå [26].
(ðèñ. 4.1).  íàñòîÿùåå âðåìÿ ÈÊ-èçëó÷åíèå èíòåðïðåòèðóþò â ðàìêàõ ôîðìèðîâàíèÿ ïûëè ïðè âçàèìîäåéñòâèè çâ¼çäíûõ âåòðîâ.
4.1.1 Ñîñòàâ ïûëèíîê èç äàííûõ íàáëþäåíèé Õîòÿ è æåëåçíûå ïûëèíêè, è ïûëèíêè, ñîñòîÿùèå èç àìîðôíîãî óãëåðîäà, äàþò ïðèáëèçèòåëüíî îäèíàêîâûé âèä ñïåêòðà [26, 39], íàáëþäàòåëè ïðèøëè ê âûâîäó, ÷òî ïûëü â ðàññìàòðèâàåìûõ ñèñòåìàõ ñîñòîèò, ïî-âèäèìîìó, â îñíîâíîì èç àìîðôíîãî óãëåðîäà. Ãèïîòåçà àìîðôíîãî óãëåðîäà áûëà ïðèíÿòà ïîñëå òîãî, êàê âûÿñíèëîñü, ÷òî ïûëü îáðàçóåòñÿ â çâ¼çäàõ ñ ñèëüíî ïîâûøåííûì ñîäåðæàíèåì óãëåðîäà, ãäå
Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140
107
N(C)/N(Fe) > 103 . È ãðàíóëû àìîðôíîãî óãëåðîäà, è ãðàíóëû ãðàôèòà äàþò ïðèáëèçèòåëüíî ñòåïåííîé ñïåêòð èçëó÷åíèÿ, íî çàêîí λ−1 , õàðàêòåðíûé äëÿ àìîðôíîãî óãëåðîäà, çíà÷èòåëüíî ëó÷øå ñîãëàñóåòñÿ ñ íàáëþäåíèÿìè, ÷åì λ−2 äëÿ ãðàôèòà [116]. Ñâèäåòåëüñòâîì
â
ïîëüçó
óãëåðîäà
èëè
ãðàôèòà
ñòàëè
ôîòîìåòðè÷åñêèå íàáëþäåíèÿ WR140 â äèàïàçîíå 120µm è â óçêîé ïîëîñå 70 µm âî âðåìÿ âñïûøêè 1985.3 ã [100]. Îòñóòñòâèå ñïåêòðàëüíûõ äåòàëåé â ðàéîíå 70µm ïîñëóæèëî âåñêèì àðãóìåíòîì â ïîëüçó òîãî, ÷òî ïûëü íå ñîñòîèò èç àñòðîíîìè÷åñêèõ ñèëèêàòîâ èëè SiC [117]. Ñðàâíåíèå íàáëþäåíèé ñ òåîðåòè÷åñêèìè ïîñòðîåíèÿìè äëÿ ãðàôèòà è àìîðôíîãî óãëåðîäà ïîêàçàëî, ÷òî àìîðôíûé óãëåðîä ïîäõîäèò íàìíîãî ëó÷øå; òàêæå áûëà äîêàçàíà íåâîçìîæíîñòü îáðàçîâàíèÿ ïûëè íà èîíèçîâàííîì óãëåðîäå [39, 100]. Àíàëîãè÷íûå íàáëþäåíèÿ äëÿ äðóãîé äâîéíîé ñèñòåìû WR 125 òàêæå íå îáíàðóæèëè ïðèñóòñòâèÿ ñèëèêàòîâ, êàðáèäà êðåìíèÿ èëè óçêîé 11.52-µm ãðàôèòíîé õàðàêòåðèñòèêè, è ýòî ïîçâîëèëî çàêëþ÷èòü, ÷òî â âåòðå çâåçäû WR 125 ôîðìèðóåòñÿ àìîðôíûé óãëåðîä [109, 110]. Îòñóòñòâèå èçëó÷åíèÿ îò SiC íà äëèíå âîëíû 9.7µm, à òàæå îäíîâðåìåííîå îòñóòñòâèå è ðåçîíàíñíîé ëèíèè ãðàôèòà λ 11.52 µm, è ëèíèè ïîëèöèêëè÷åñêîãî àðîìàòè÷åñêîãî óãëåâîäîðîäà íà äëèíå âîëíû
λ 11.3 µm ñîãëàñóåòñÿ ñ ãèïîòåçîé î òîì, ÷òî ïûëü âîêðóã çâåçäû WR 121 ñîñòîèò èç àìîðôíîãî óãëåðîäà [105]. Èòàê, ñåé÷àñ ñ÷èòàåòñÿ îáùåïðèíÿòûì, ÷òî ïûëü â âåòðàõ WCçâ¼çä ñîñòîèò èç àìîðôíîãî óãëåðîäà.
4.1.2 Ôèçè÷åñêèå óñëîâèÿ â îáëàñòè îáðàçîâàíèÿ ïûëè Çíà÷èòåëüíûé èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿþò óñëîâèÿ, ïðè êîòîðûõ ïûëèíêè ìîãóò ïîÿâèòüñÿ ñðàâíèòåëüíî íåäàëåêî îò ãîðÿ÷èõ çâ¼çä. Èç óñëîâèÿ òåïëîâîãî áàëàíñà ñëåäóåò, ÷òî â âåòðàõ WC-çâ¼çä àìîðôíûé óãëåðîä íå äîëæåí îáðàçîâûâàòüñÿ. Îäíàêî, êàê ïîêàçûâàþò íàáëþäåíèÿ (ñì, íàïðèìåð, [100]), ïûëü òàì ïðèñóòñòâóåò. Ïèîíåðñêèå ðàáîòû ïî
Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140
108
ôîðìèðîâàíèþ ïûëè â çâ¼çäíûõ ïîòîêàõ [118, 119] îñíîâûâàëèñü íà ïðåäïîëîæåíèè, ÷òî ãàç, â êîòîðîì ôîðìèðóþòñÿ ãðàíóëû, íàõîäèòñÿ â ñîñòîÿíèè òåïëîâîãî áàëàíñà, òî åñòü ïûëü îáðàçóåòñÿ â ìåäëåííî îõëàæäàþùåìñÿ ãàçå.  ýòîì ñëó÷àå ñîäåðæàíèå ìîëåêóë â âåòðå çàâèñèò òîëüêî îò íà÷àëüíîãî ñîñòàâà ãàçà, îò åãî òåìïåðàòóðû è ïîëíîãî äàâëåíèÿ. Õîòÿ ýòî ïðåäïîëîæåíèå íå ïðèìåíèìî â áîëüøèíñòâå àñòðîôèçè÷åñêèõ óñëîâèé, â êîòîðûõ ôîðìèðóåòñÿ ïûëü, ðàñ÷¼òû äëÿ ñëó÷àÿ òåïëîâîãî áàëàíñà ïîêàçûâàþò, êàêîãî òèïà ìîëåêóëû äîëæíû êîíäåíñèðîâàòüñÿ â ãàçå. Ïðè òåìïåðàòóðå íèæå 2000 K è â äèàïàçîíå äàâëåíèé îò 1 äî 104 äèí/ñì2 òåðìîäèíàìè÷åñêè âûãîäíûì ÿâëÿåòñÿ îáðàçîâàíèå òâ¼ðäîãî óãëåðîäà (ñì. ðèñ. 4.2).
Ðèñ. 4.2: Ôàçîâàÿ äèàãðàììà òåìïåðàòóðà-äàâëåíèå èç ñòàòüè êðèâàÿ îáîçíà÷àåò îáëàñòü ñòàáèëüíîñòè òâ¼ðäîãî óãëåðîäà.
Çàíèìàÿñü
ïðîáëåìàìè
ôîðìèðîâàíèÿ
ïûëè
[119]. Ñïëîøíàÿ
âîêðóã
ãîðÿ÷èõ,
îáåäí¼ííûõ âîäîðîäîì çâ¼çä, Øåðøíåâ è Òèåëåíñ ïðèøëè ê ñëåäóþùèì
Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140
109
âûâîäàì: 1. ìîäåëü òåðìîäèíàìè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ íå ïðèìåíèìà ê âåòðàì WC-çâ¼çä; 2. õèìè÷åñêàÿ ìîäåëü êèíåòèêè îáðàçîâàíèÿ ïûëåâûõ çàðîäûøåé äîëæíà îáúÿñíÿòü ïðèñóòñòâèå àìîðôíîãî óãëåðîäà â âåòðàõ ýòèõ çâ¼çä. Ðàññ÷èòàâ ìîäåëü ôîðìèðîâàíèÿ ïûëè â ñôåðè÷åñêè-ñèììåòðè÷íîì âåòðå îäèíî÷íîé çâåçäû WC9 ñ òèïè÷íûìè ïàðàìåòðàìè äëÿ âåòðà çâ¼çä ýòîãî êëàññà, Øåðøíåâ è Òèåëåíñ ñäåëàëè âûâîä, ÷òî äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ ïûëè íåîáõîäèìà äâóõôàçíàÿ ñòðóêòóðà âåòðà, ïðè÷¼ì ñêà÷îê ïëîòíîñòè ìåæäó ðàçðåæåííîé è ïëîòíîé ôàçàìè äîëæåí ñîñòàâëÿòü 103 − 104 , è áîëåå ïëîòíàÿ ñðåäà äîëæíà áûòü íåéòðàëüíîé.  êà÷åñòâå âîçìîæíîé ìîäåëè, àâòîðû ïðåäëàãàþò äâóõôàçíûé âåòåð WC-çâåçäû, ñîñòîÿùèé èç ñôåðè÷åñêè-ñèììåòðè÷íîãî èîíèçîâàííîãî ðàçðåæåííîãî ïîòîêà è ïëîñêîãî ïëîòíîãî íåéòðàëüíîãî ïîòîêà, êîòîðûé îíè îòîæäåñòâëÿþò ñ ýêâàòîðèàëüíûì äèñêîì [64]. Ñîãëàñíî
[101],
ôîðìèðîâàíèå
ïûëè
è
å¼
ïðîñòðàíñòâåííîå
ðàñïðåäåëåíèå îïðåäåëÿþòñÿ 4 îñíîâíûìè ôàêòîðàìè: 1. èçìåíåíèå ðàññòîÿíèå ìåæäó çâ¼çäàìè âáëèçè ïåðèàñòðà; 2. íåñòàáèëüíîñòè â âåòðå WR-çâåçäû è/èëè íåñòàáèëüíîñòè â çîíå ñòîëêíîâåíèÿ âåòðîâ; 3. âûçâàííûå íåñòàáèëüíîñòÿìè óäàðíûå âîëíû, êîòîðûå ïðèâîäÿò ê ñèëüíûì ôëóêòóàöèÿì òåìïåðàòóðû; 4. äîïîëíèòåëüíîå ïîâûøåíèå ïëîòíîñòè âåòðà WR-çâåçäû [120]. Êîìáèíàöèÿ âñåõ ýòèõ ÷åòûð¼õ ôàêòîðîâ ïðèâîäèò àâòîðîâ ê âåëè÷èíå ïîðÿäêà 103 äëÿ êîíòðàñòà ïëîòíîñòè ìåæäó îáðàçóþùèìèñÿ îáëàêàìè è ðàçðåæåííûì ãàçîì.
Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140
110
4.1.3 Ðàçìåð è òåìïåðàòóðà ïûëèíîê Ðàçìåð ïûëèíîê îöåíèâàþò èç ìîäåëåé. Ñîãëàñíî [26] ðàçìåð
a(graphite) ≈ 3 × 10−6 ñì.  ñòàòüå îòìå÷àåòñÿ, ÷òî åñëè ñ÷èòàòü, ÷òî âåùåñòâî, èñïóùåííîå ñèñòåìîé óãëåðîäíûõ
çàðîäûøåé
HD 193793, ðàñøèðÿåòñÿ èçîòðîïíî äî òîãî ðàäèóñà, íà êîòîðîì íà÷èíàåòñÿ ôîðìèðîâàíèå ïûëè, òîãäà ïëîòíîñòü ñëèøêîì ìàëà, ïðèáëèçèòåëüíî â 104 ðàç ìåíüøå, ÷åì íóæíî äëÿ îáðàçîâàíèÿ ïûëè. Ýòî íåñîîòâåòñòâèå íàâåëî àâòîðîâ íà ìûñëü î íåîáõîäèìîñòè îáðàçîâàíèÿ îáëàêîâ èëè èçâåðæåíèÿ çâåçäîé îòíîñèòåëüíî ïëîòíîãî âåùåñòâà ñ
n ∼ 1012 ñì−3 (åñëè ïûëåâûå çàðîäûøè êîíäåíñèðóþòñÿ è äîðàñòàþò äî ðàçìåðîâ ïîðÿäêà 10−5 ñì). Ñîãëàñíî [105] ïûëèíêà ñ çàðîäûøåì 0.003µm çà âðåìÿ áûñòðîãî ðàñøèðåíèÿ çâ¼çäíîãî âåòðà äîðàñòàåò äî ðàçìåðà íå áîëüøå 0.1 µm. Òàêèì îáðàçîì, ðåçóëüòàòû ðàçíûõ àâòîðîâ, ïîëó÷åííûå â ðàçíîå âðåìÿ (íà çàðå èññëåäîâàíèÿ äàííîé ïðîáëåìû è â íàøè äíè) õîðîøî ñîãëàñóþòñÿ ìåæäó ñîáîé. Ìíîãèå íàáëþäàòåëè îïðåäåëÿëè òåìïåðàòóðó ïûëè çâ¼çä ÂîëüôàÐàéå. Ìîäåëèðîâàíèå äëÿ çâåçäû WR125 [109] äàëî òåìïåðàòóðó ïûëè 673 Ê, à àíàëîãè÷íîå ìîäåëèðîâàíèå äëÿ òîãî æå îáúåêòà íà îñíîâå íàáëþäåíèé 1991.56 ã. äàëî äëÿ âûòÿíóòîé ïî ðàäèóñó ïûëåâîé îáîëî÷êè òåìïåðàòóðó ïûëè íà âíóòðåííåé ãðàíèöå 730 Ê. Äëÿ âíóòðåííåé ãðàíèöû ïûëåâîé îáëàñòè çâåçäû WR 137 òåìïåðàòóðà îêàçàëàñü ðàâíîé 780 K [100]. Íàèáîëüøåå âíèìàíèå ïðèâëåêàëà ê ñåáå ñèñòåìà WR 140. Ñîãëàñíî íàáëþäåíèÿì, òåìïåðàòóðà ïûëè â ýòîé ñèñòåìå ðîñëà îò 450 Ê íà ìîìåíò 1973.40 äî 990 Ê â 1977.42. Íàèëó÷øåå ñîãëàñèå ñ íàáëþäåíèÿìè ïîëó÷èëîñü â ìîäåëè ÈÊâñïûøêè, â êîòîðîé òåìïåðàòóðà íàõîäèòñÿ â èíòåðâàëå îò 600 Ê äî 1000 Ê, à ïîãëîùåíèå ïðîèñõîäèò ïî çàêîíó Kλ ∼
λ−1 . Âðåìåííûå èçìåíåíèÿ òåìïåðàòóðû ïûëè ïîêàçûâàþò, ÷òî ïûëü óäàëÿåòñÿ îò çâåçäû ñ ïîñòîÿííîé ñêîðîñòüþ. Ýêñòðàïîëÿöèÿ ïîêàçàëà, ÷òî âåùåñòâî, â êîòîðîì ñôîðìèðîâàëàñü ïûëü, áûëî èñïóùåíî çâåçäîé â êîíöå 1976 ãîäà [26]. ÈÊ-íàáëþäåíèÿ HD 193793, ïðîâåä¼ííûå â 1978
Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140
111
ãîäó, ïîêàçàëè [121], ÷òî ïûëåâàÿ îáîëî÷êà ñ òåìïåðàòóðû 900 Ê ïî ìåðå ñâîåãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ îõëàäèëàñü äî 810 Ê ê ìàþ è äî 780 Ê ê àâãóñòó 1978 ã. Ïîçäíåå å¼ òåìïåðàòóðó îöåíèâàëè â 1400 Ê [100], à â ñðåäíåì òåìïåðàòóðà ïûëè â ñèñòåìå WR140 ïîðÿäêà 1000 Ê [39].
4.1.4 Ñóùåñòâóþùèå ïðåäñòàâëåíèÿ îá îáðàçîâàíèè ïûëè Êàê
ñëåäóåò
èç
óæå
ñäåëàííîãî
îáçîðà,
ìíîãèå
àâòîðû,
èíòåðåñîâàâøèåñÿ ïðîáëåìîé ôîðìèðîâàíèÿ ïûëè â HD 193793 è äðóãèõ ñèñòåìàõ, îòìå÷àëè, ÷òî äëÿ îáðàçîâàíèÿ ïûëè íóæíû äâà êîìïîíåíòà âåòðà ðàçíîé ïëîòíîñòè, ò.å. âåòåð îò çâ¼çä äîëæåí áûòü äâóõôàçíûì. Âèëüÿìñ è äð. â 1987 ã. [100] èññëåäîâàëè ïðîöåññ ôîðìèðîâàíèÿ ïûëè â çâ¼çäàõ Âîëüôà-Ðàéå, â ÷àñòíîñòè, ñäåëàëè âûâîä î òîì, ÷òî äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ ïûëè íåîáõîäèìî óìåðåííîå óâåëè÷åíèå ïëîòíîñòè è íåêèé ìåõàíèçì (òðèããåð), êîòîðûé áóäåò èíäóöèðîâàòü ýòî óâåëè÷åíèå. Äëÿ ñèñòåìû WR140 è ñõîæèõ ñ íåé àâòîðû ïðåäëàãàëè ñ÷èòàòü ýòèì ìåõàíèçìîì ñòîëêíîâåíèå âåòðîâ èëè òîðìîæåíèå âåòðà äî ñêîðîñòåé ïîðÿäêà 60% îò èõ çíà÷åíèÿ íà áåñêîíå÷íîñòè êàêèì-òî íåèçâåñòíûì ïðîöåññîì, ïðîèñõîäÿùèì òàì, ãäå ôîðìèðóþòñÿ ñìåù¼ííûå â ñèíþþ ñòîðîíó ëèíèè ïîãëîùåíèÿ Fe III, âèäèìûå â ñïåêòðàõ íåêîòîðûõ çâ¼çä òèïà WC9 (íàïðèìåð, WR 69 è WR 103). Ïîçäíåå, â 1990 ãîäó, Âèëüÿìñ ñ ñîàâòîðàìè ïðåäëîæèëè äâà òèïà ìîäåëåé îáðàçîâàíèÿ îêîëîçâ¼çäíîé ïûëè [39]. Ê ïåðâîìó òèïó îíè îòíåñëè èçîòåðìè÷åñêóþ ìîäåëü, â êîòîðîé âñå ïûëèíêè èìåþò îäèíàêîâóþ òåìïåðàòóðó, òàê êàê ðàñïîëîæåíû íà îäèíàêîâîì ðàññòîÿíèè îò çâåçäû. Òàêèå ïûëèíêè äîëæíû êîíäåíñèðîâàòüñÿ äîñòàòî÷íî áûñòðî è íà äîâîëüíî áëèçêîì ðàññòîÿíèè îò çâåçäû. Âòîðîé òèï ìîäåëåé ýòî êîãäà ïîñòîÿííàÿ ïûëåâàÿ îáîëî÷êà ïåðèîäè÷åñêè ïîïîëíÿåòñÿ êîíäåíñàöèÿìè èç âåòðà, êîòîðûé âûíîñèò ïûëèíêè èç çâ¼çä, â êîòîðûõ îíè ñôîðìèðîâàëèñü. Òàêîé òèï îáîëî÷åê äîëæåí èìåòü çàìåòíóþ ïðîòÿæ¼ííîñòü âäîëü ðàäèóñà íåñêîëüêî òûñÿ÷ çâ¼çäíûõ ðàäèóñîâ è ïûëèíêè
Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140
112
èìåþò çíà÷èòåëüíûé ðàçìåð è òåìïåðàòóðó. Ìîäåëè òàêîãî òèïà ðàññìàòðèâàëèñü â [100] äëÿ ïîñòîÿííûõ îêîëîçâ¼çäíûõ îáîëî÷åê ìíîãèõ WC810 çâ¼çä.  êàæäîì ñëó÷àå òåìïåðàòóðà ïûëèíîê îïðåäåëÿåòñÿ èç óñëîâèÿ èõ òåïëîâîãî áàëàíñà è ïîëÿ ðàäèàöèè.  ðàìêàõ ìîäåëè îáðàçîâàíèÿ ðàäèàëüíî ðàñøèðÿþùèõñÿ ïûëåâûõ îáîëî÷åê áûëî ïîëó÷åíî, ÷òî âî âðåìÿ âñïûøêè 1985 ãîäà â WR 140 ôîðìèðîâàíèå ïûëè ïðîèçîøëî íà ðàññòîÿíèè rd ≈ 2.3 × 1015 ñì îò çâåçäû [39]. Ñîãëàñíî îöåíêå îæèäàåìîé çàäåðæêè ôîðìèðîâàíèÿ ïûëè ïî ñðàâíåíèþ ñ ìîìåíòîì ïðîõîæäåíèÿ ïåðèàñòðà, ïûëü â äàííîé ñèñòåìå ôîðìèðóåòñÿ íà ðàññòîÿíèè ïîðÿäêà 150 AU [101]. Àâòîðû [122] îòìå÷àëè, ÷òî íàëè÷èå ÈÊâñïûøåê âáëèçè ìîìåíòà ïðîõîæäåíèÿ ïåðèàñòðà ïðåäïîëàãàåò êàêóþ-òî ïðèëèâíóþ àêòèâíîñòü, êîòîðàÿ ñëóæèò òðèããåðîì. Îíè óêàçûâàþò, êàê âîçìîæíûå, òðè ïðîöåññà, îòäàâàÿ ïðåäïî÷òåíèå ïåðâîìó: 1) ñòîëêíîâåíèå âåòðîâ îò WC 7 è O4 5 çâ¼çä, êîòîðîå ïðè áîëüøîì ýêñöåíòðèñèòåòå îðáèòû èãðàåò â ïåðèàñòðå íàìíîãî áîëüøóþ ðîëü, ÷åì â àïîàñòðå; 2) óñèëåíèå àêêðåöèè âåòðà çâåçäû WC 7 íåéòðîííîé çâåçäîé, êîòîðàÿ îáðàùàåòñÿ ïî îðáèòå âîêðóã WC 7 ñ ïåðèîäîì 6.25 äíåé; 3) óñèëåííîå âçàèìîäåéñòâèå çâ¼çäíûõ ìàãíèòíûõ ïîëåé â ïåðèàñòðå. Øåðøíåâ è Òèåëåíñ [64], àíàëèçèðóÿ ðåçóëüòàòû ðàñ÷¼òîâ õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé ïî îáðàçîâàíèþ ïûëè â óãëåðîäíîé çâåçäå Âîëüôà-Ðàéå òèïà WC9 ïðèøëè ê âûâîäó, ÷òî îïèðàÿñü íà íàáëþäåíèÿ â ïðåäïîëîæåíèè ñôåðè÷åñêèñèììåòðè÷íîãî îäíîðîäíîãî ïîòîêà âåùåñòâà îò çâåçäû ïûëü ñôîðìèðîâàòü íåâîçìîæíî. Åñëè ïðèíÿòü, ÷òî ïóòè ôîðìèðîâàíèÿ ïûëè õîðîøî èçó÷åíû, à ñêîðîñòè ñîîòâåòñòâóþùèõ õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé îïðåäåëåíû, òî äëÿ îáðàçîâàíèÿ ïûëè íóæíû áîëüøèå ïëîòíîñòè, ïðè÷¼ì ñêà÷îê ïëîòíîñòåé äîëæåí ñîñòàâëÿòü 103 − 104 . Àâòîðû ñ÷èòàþò âîçìîæíûì òàêîé ñöåíàðèé: äâóõêîìïîíåíòíûé âåòåð îò WC-çâåçäû, îäèí èç êîìïîíåíòîâ äîñòàòî÷íî ïëîòíûé, ñîñòîÿùèé èç íåéòðàëüíîãî âåùåñòâà, ñêîíöåíòðèðîâàííîãî â ïëîñêîñòè (îíè íàçûâàþò åãî ýêâàòîðèàëüíûì äèñêîì), à äðóãîé êîìïîíåíò ÿâëÿåòñÿ ñôåðè÷åñêèì, íèçêîé ïëîòíîñòè è ñîñòîèò èç èîíèçîâàííîãî âåùåñòâà.
Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140
113
 1991 ãîäó Óñîâ [123] ïðåäëîæèë ìîäåëü íàêîïëåíèÿ ãàçà â ëîáîâîé òî÷êå.  ñèëó ìåäëåííîãî îòòîêà èç ëîáîâîé òî÷êè ãàç óñïåâàåò âûñâåòèòüñÿ äî òåìïåðàòóðû îêîëî 10000 Ê, ïîñëå ÷åãî îí ñæèìàåòñÿ íàòåêàþùèì ãîðÿ÷èì ãàçîì. Äàëüíåéøåå îõëàæäåíèå ãàçà äî òåìïåðàòóðû îáðàçîâàíèÿ ïûëè è åãî çàùèòà îò èîíèçóþùåãî èçëó÷åíèÿ çâ¼çä ñèñòåìû àâòîðîì íå ðàññìàòðèâàëèñü. Îáîáùàÿ èíôîðìàöèþ ïî ìîäåëÿì ìîæíî ñêàçàòü, ÷òî ïðàêòè÷åñêè âñå îíè ïðåäïîëàãàþò äâóõôàçíîñòü âåòðà ñ êîíòðàñòîì ïëîòíîñòè äî 103 − 104 ; ìîäåëèðîâàíèå âîçìîæíûõ ïóòåé ôîðìèðîâàíèÿ ïûëè ïðèâîäèò ê âûâîäó, ÷òî ïûëü îáðàçóåòñÿ íà íåéòðàëüíîì óãëåðîäå; ïûëü ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé àìîðôíûé óãëåðîä; òåìïåðàòóðà ïûëèíîê â ñðåäíåì
∼ 1000 K. Ìîäåëè èçëîæåíû, ãëàâíûì îáðàçîì, íà ïîëóêîëè÷åñòâåííîì óðîâíå. Ïîäðîáíûå ðàñ÷¼òû ïðèâåäåíû â ìîäåëè Óñîâà, íî áåç ó÷¼òà ïîëÿ èçëó÷åíèÿ OB-çâåçäû, à òàêæå ñèëû Êîðèîëèñà, êîòîðàÿ ñïîñîáñòâóåò îòòîêó âåùåñòâà èç ëîáîâîé òî÷êè è, òåì ñàìûì, óìåíüøàåò âåðîÿòíîñòü âûñâå÷èâàíèÿ.  1995 ãîäó Ìàðòèí Êîõåí ñäåëàë îáçîð íàáëþäåíèé IRAS ñ öåëüþ ïîèñêà WC-çâ¼çä ïîçäíèõ êëàññîâ ñ ïûëüþ [124]. Îí ïîëó÷èë, ÷òî ñâåòèìîñòè îäèíî÷íûõ è äâîéíûõ çâ¼çä Âîëüôà-Ðàéå ïðèáëèçèòåëüíî îäèíàêîâû, èëè äàæå îäèíî÷íûå íåìíîãî ÿð÷å. Èíôðàêðàñíîå èçëó÷åíèå îäèíî÷íûõ çâ¼çä òèïà Âîëüôà-Ðàéå ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îòäåëüíóþ ïðîáëåìó, êîòîðîé â äàííîé ðàáîòå ìû êàñàòüñÿ íå áóäåì.  çàêëþ÷åíèå åù¼ ðàç ñôîðìóëèðóåì äâà, íà íàø âçãëÿä, îñíîâíûõ âîïðîñà, íà êîòîðûå äîëæíà îòâåòèòü ìîäåëü ôîðìèðîâàíèÿ ïûëè â äâîéíûõ ñèñòåìàõ ñ ãîðÿ÷èìè êîìïîíåíòàìè, à òàêæå åù¼ îäèí äëÿ WR140, êîòîðûé äîáàâëÿåòñÿ â ñèëó å¼ îñîáåííîñòåé. 1. Êîìïîíåíòû äâîéíîé ñèñòåìû î÷åíü ãîðÿ÷èå. Ýôôåêòèâíàÿ òåìïåðàòóðà OBêîìïîíåíòà ñèñòåìû WR140 ñîñòàâëÿåò ïîðÿäêà 43 000 Ê [39]. Òåìïåðàòóðà WCêîìïîíåíòà ýòîé ñèñòåìû ïîêà íå îïðåäåëåíà ñ äîñòàòî÷íîé òî÷íîñòüþ, ñîãëàñíî ðàçíûì àâòîðàì åå âåëè÷èíà ëåæèò â äèàïàçîíå îò 19 000 äî 40 000 Ê. Òàêèå ãîðÿ÷èå
Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140
114
çâ¼çäû î÷åíü ýôôåêòèâíî íàãðåâàþò è èîíèçóþò îêðóæàþùèé ãàç. 2. Ñêîðîñòè èñòå÷åíèÿ çâ¼çäíûõ âåòðîâ î÷åíü âåëèêè, ïîðÿäêà 3000 êì/ñ, ïîýòîìó òåìïåðàòóðà çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû äîñòèãàåò
íåñêîëüêèõ
ñîòåí
ìèëëèîíîâ
ãðàäóñîâ.
Ïóò¼ì
âûñâå÷èâàíèÿ ãàç îõëàæäàåòñÿ äî òåìïåðàòóð T ≈10 000 Ê. Íî åãî îñòûâàíèå äî òåìïåðàòóðû êîíäåíñàöèè ïûëè ∼ 1000 Ê, çàòðóäíåíî, òàê êàê çàïðåù¼ííûå ïåðåõîäû ñ íèçêîâîçáóæä¼ííûõ ìåòàñòàáèëüíûõ óðîâíåé ïðè ïëîòíîñòè âûøå 106 ñì−3 ïîäàâëÿþòñÿ ïóò¼ì äåàêòèâàöèè ýëåêòðîííûì óäàðîì. 3.  ñëó÷àå WR140 íåîáõîäèìî îáúÿñíèòü âðåìåííóþ çàäåðæêó ïîðÿäêà
äâóõòð¼õ
ìåñÿöåâ
ìàêñèìóìà
ÈÊèçëó÷åíèÿ
ïî
îòíîøåíèþ ê ìîìåíòó ïðîõîæäåíèÿ ïåðèàñòðà. Ñóììèðóåì èäåè è ðåçóëüòàòû ïðåäûäóùèõ àâòîðîâ, êàñàþùèåñÿ èíòåðïðåòàöèè ÈÊèçëó÷åíèÿ ïûëè â WR+O äâîéíûõ ñèñòåìàõ. 1. Âåòåð WCêîìïîíåíòà ñèñòåìû äâóõôàçíûé, îí âêëþ÷àåò â ñåáÿ ðàçðåæåííîãî è ïëîòíîãî êîìïîíåíòà. 2. Êîíòðàñò ïëîòíîñòè ðàçðåæåííîãî è ïëîòíîãî êîìïîíåíòîâ âåòðà ñîñòàâëÿåò 103 − 104 . 3. Ïûëü îáðàçóåòñÿ â òåõ îáëàñòÿõ âåòðà, ãäå óãëåðîä íàõîäèòñÿ â íåéòðàëüíîé ôîðìå. 4. Òåìïåðàòóðà ïûëè îêîëî 1000 K è ìåíÿåòñÿ ïî ìåðå óäàëåíèÿ îò çâ¼çä. Íèæå ìû ðàññìîòðèì ìîäåëü, êîòîðàÿ ó÷èòûâàåò âñå ïåðå÷èñëåííûå îñîáåííîñòè ðàññìàòðèâàåìûõ ñèñòåì, à òàêæå äà¼ò êîíêðåòíîå ñîäåðæàíèå ïðåäëîæåííûì èäåÿì.
Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140
115
4.2 Îáúÿñíåíèå ôîðìèðîâàíèÿ ïûëè â ìîäåëè ñòîëêíîâåíèÿ îáëàêîâ Öåíòðàëüíûì âîïðîñîì â ïðîáëåìå îáðàçîâàíèÿ ïûëè ÿâëÿåòñÿ ïåðåõîä óãëåðîäà èç èîíèçîâàííîãî â íåéòðàëüíîå ñîñòîÿíèå.  óñëîâèÿõ æ¼ñòêîãî èçëó÷åíèÿ ÿðêèõ ãîðÿ÷èõ êîìïîíåíòîâ äâîéíîé ñèñòåìû ýòîò ïðîöåññ íàèáîëåå òðóäíî îáúÿñíèì, è åìó ìû óäåëèì íàèáîëüøåå
âíèìàíèå.
Ïîñëå
ïîÿâëåíèÿ
äîñòàòî÷íî
áîëüøîãî
êîëè÷åñòâà íåéòðàëüíîãî óãëåðîäà ñîáñòâåííî êîíäåíñàöèÿ ïûëè íå ïðåäñòàâëÿåò ïðèíöèïèàëüíûõ çàòðóäíåíèé. Êàê ìû óâèäèì, îíà ìîæåò ïðîèñõîäèòü â ïëîòíûõ îáëàñòÿõ îáëàêîâ îò WC-çâåçäû, ãäå ñîäåðæàíèå óãëåðîäà çíà÷èòåëüíî ïðåâûøàåò êîñìè÷åñêîå. Â
ðàìêàõ
íàøåé
Êîëè÷åñòâåííûå
ìîäåëè
àñïåêòû
ïðåäëîæèì
ìîäåëè
ñëåäóþùèé
ïîäðîáíî
ñöåíàðèé.
ðàññìîòðåíû
äàëåå.
Ïðîèñõîäèò ñòîëêíîâåíèå îáëàêîâ, â êîòîðûõ ãåíåðèðóþòñÿ óäàðíûå
B
SWR
COB
cold
dust
CWR
SOB
Ðèñ. 4.3: Îáëàñòü îáðàçîâàíèÿ ïûëè ïðè ñòîëêíîâåíèè îáëàêîâ.
âîëíû. Òåìïåðàòóðà çà ôðîíòîì ïîäíèìàåòñÿ äî ñîòåí ìèëëèîíîâ ãðàäóñîâ. ż òî÷íîå çíà÷åíèå çàâèñèò îò îòíîñèòåëüíîé ñêîðîñòè îáëàêîâ è îò ìîëåêóëÿðíîãî âåñà ñîîòâåòñòâóþùåãî îáëàêà. Ïî ïðåäïîëîæåíèþ, ïîçàäè êàæäîãî ôðîíòà ïðîèñõîäèò âûñâå÷èâàíèå è ãàç èçîáàðè÷åñêè îõëàæäàåòñÿ äî òåìïåðàòóðû îêîëî 10 000 Ê. Ïûëü, ñîãëàñíî ñêàçàííîìó âûøå, îáðàçóåòñÿ â îáëàêå îò WCçâåçäû. Ïëîòíîñòü âåùåñòâà îáëàêîâ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû ïîäíèìàåòñÿ íà 34 ïîðÿäêà è äàæå â WC îáëàêå ìîæåò äîñòèãàòü 1015 ñì−3 . Ýòî ÷èñëî ïîëó÷àåòñÿ èç ñëåäóþùèõ
Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140
116
ñîîáðàæåíèé. Ñîãëàñíî ìîäåëè, îáëàêî ïîëó÷àåòñÿ â ðåçóëüòàòå îòðûâà îò çâåçäû êóñî÷êà å¼ ôîòîñôåðû. Ïëîòíîñòü ãàçà ôîòîñôåðû ãîðÿ÷åé çâåçäû ñîñòàâëÿåò îêîëî 1015 ñì−3 [73]. Âî âðåìÿ ïðîë¼òà äî ãðàíèöû ñòîëêíîâåíèÿ îáëàêî ðàñøèðÿåòñÿ è åãî ïëîòíîñòü ïàäàåò. Îáëàêî îò çâåçäû òèïà Âîëüôà-Ðàéå â ìîìåíò ïåðèàñòðà äîëæíî ïðîëåòåòü äî ãðàíèöû ñòîëêíîâåíèÿ îêîëî 2 à.å. ≈ 3 · 1013 ñì. Ïðè ñêîðîñòè 3000 êì/ñ íà ýòî ó íåãî óõîäèò îêîëî 105 ñ. Ñêîðîñòü ðàñøèðåíèÿ îáëàêà, ñîñòîÿùåãî â îñíîâíîì èç ãåëèÿ, ïðèìåì ðàâíîé 10 êì/ñ. Çà âðåìÿ ïîë¼òà îáëàêà äî ãðàíèöû ñòîëêíîâåíèÿ åãî ðàäèóñ óâåëè÷èòñÿ ïðèìåðíî äî 1011 ñì, èëè â äåñÿòü ðàç, åñëè ïåðâîíà÷àëüíûé ðàäèóñ ðàâåí
1010 ñì. Òàêèì îáðàçîì, ïëîòíîñòü îáëàêà óìåíüøàåòñÿ ïðèìåðíî íà òðè ïîðÿäêà. Íî, êàê óæå áûëî ñêàçàíî, âî âðåìÿ âûñâå÷èâàíèÿ îáëàêî ñòàíîâèòñÿ ïëîòíåå íà 34 ïîðÿäêà, îòêóäà è ñëåäóåò íàøà îöåíêà ïëîòíîñòè.  ðåçóëüòàòå ñòîëêíîâåíèÿ è ïîñëåäóþùåãî âûñâå÷èâàíèÿ îáðàçóåòñÿ ñîñòàâíîå îáëàêî, êîòîðîå ïðîäîëæàåò äâèæåíèå ñ íåêîòîðîé ñêîðîñòüþ, óäàëÿÿñü îò çâ¼çä ñèñòåìû. Ïî ôîðìå ýòî îáëàêî ñóùåñòâåííî àíèçîòðîïíî: åãî òîëùèíà â íàïðàâëåíèè ñòîëêíîâåíèÿ ñóùåñòâåííî ìåíüøå (ïðèáëèçèòåëüíî íà 3 ïîðÿäêà), ÷åì åãî ïåðâîíà÷àëüíûå ðàçìåðû. Åñëè ïåðåä ñòîëêíîâåíèåì ðàçìåðû îáëàêà áûëè ïîðÿäêà d =
1011 ñì, òî ïîñëå ñòîëêíîâåíèÿ â íàïðàâëåíèè, ïåðïåíäèêóëÿðíîì åìó, îíè ïðèáëèçèòåëüíî ðàâíû l = 108 ñì. Óäàëÿÿñü îò çâ¼çä, îáëàêî ðàñøèðÿåòñÿ, ïðè÷¼ì âñëåäñòâèå åãî ñèëüíîé àíèçîòðîïèè ðàñøèðåíèå èìååò ïðåèìóùåñòâåííî îäíîìåðíûé õàðàêòåð: ïðè îäèíàêîâîé ñêîðîñòè ðàñøèðåíèÿ îáëàêà âî âñå ñòîðîíû îòíîñèòåëüíîå óâåëè÷åíèå åãî ðàçìåðîâ â íàïðàâëåíèè, ïåðïåíäèêóëÿðíîì ñòîëêíîâåíèþ, ñóùåñòâåííî áîëüøå, ÷åì âäîëü ãðàíèöû ñòîëêíîâåíèÿ. Êàê ìû óáåäèìñÿ íèæå, èìåííî ïðè îäíîìåðíîì ðàñøèðåíèè ïîÿâëÿþòñÿ óñëîâèÿ äëÿ àäèàáàòè÷åñêîãî îõëàæäåíèÿ. Òåìïåðàòóðà ãàçà ïðîäîëæàåò óìåíüøàòüñÿ, à êîãäà îíà äîñòèãàåò çíà÷åíèé ïîðÿäêà 1000 Ê, íà÷èíàåòñÿ êîíäåíñàöèÿ ïûëè. Îáðàçîâàíèå
Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140
117
ïûëè èä¼ò äî òåõ ïîð, ïîêà ðàñøèðåíèå îñòà¼òñÿ îäíîìåðíûì. Ïîñòåïåííî ðàçìåðû îáëàêà ñòàíîâÿòñÿ ïðèáëèçèòåëüíî îäèíàêîâûìè âî âñåõ íàïðàâëåíèÿõ, ïîñëå ÷åãî åãî ðàñøèðåíèå ñòàíîâèòñÿ èçîòðîïíûì. Ñ íà÷àëîì èçîòðîïíîãî ðàñøèðåíèÿ îáëàêî ïðîñâåòëÿåòñÿ, ïûëü â í¼ì íàãðåâàåòñÿ è íà÷èíàåò ñâåòèòü ÿð÷å, íå ðàçðóøàÿñü. Ýòîò ìîìåíò ìû îòîæäåñòâëÿåì ñ íàáëþäàåìîé âñïûøêîé èíôðàêðàñíîãî èçëó÷åíèÿ. Ïîäêðåïèì äàííûé ñöåíàðèé ÷èñëåííûìè îöåíêàìè.
4.2.1 Âåðõíÿÿ îöåíêà ìàññû ïûëè Ñíà÷àëà ïîëó÷èì âåðõíþþ îöåíêó ìàññû óãëåðîäà, íàõîäÿùåãîñÿ â ñôåðå ñ öåíòðîì â WCçâåçäå è ðàäèóñîì, ðàâíûì ðàññòîÿíèþ îò WC çâåçäû äî ìåñòà îáðàçîâàíèÿ ïûëè. Ïûëü ôîðìèðóåòñÿ íà ðàññòîÿíèè
l ∼ 1015 ñì [101]. Ñêîðîñòü âåòðà îò WCçâåçäû ðàâíà vWC = 2860 êì/ñ, òåìï ïîòåðè ìàññû M˙ WC = 5, 7 · 10−5 M¯ /ãîä, ñîäåðæàíèå óãëåðîäà ïî ÷èñëó ÷àñòèö 0.05 [39]. Ìàññà âåùåñòâà, êîòîðîå òåðÿåò WCçâåçäà â ñôåðå ðàäèóñîì l: l = 6.32 · 10−6 M¯ = 1.26 · 1028 ã . Mâåù = M˙ WC · vWC Ïðèíèìàåì, ÷òî â âåòðå WCçâåçäû ïî ÷èñëó ÷àñòèö ñîäåðæèòñÿ 0.9 ãåëèÿ è ïî 0.05 âîäîðîäà è óãëåðîäà. Ñëåäîâàòåëüíî, óãëåðîäà ïî ìàññå â îáîëî÷êå ñîäåðæèòñÿ
MC = Mâåù ·
0.05 · 12.011 = Mâåù · 0, 14. 0.9 · 4.002 + (1.008 + 12.011) · 0.05
Îòñþäà
MC = 8, 9 · 10−7 M¯ = 1, 78 · 1027 ã . Íàøè îöåíêè ñõîäÿòñÿ ñ îöåíêàìè äðóãèõ àâòîðîâ. Ñîãëàñíî [25] ìàññà óãëåðîäíîé ïûëåâîé îáîëî÷êè ñîñòàâëÿåò 7 · 10−5 M¯ .  ïðåäïîëîæåíèè, ÷òî ïûëü ñîñòîèò èç ãðàôèòà, ìàññà ïûëåâîé îáîëî÷êè ïîëó÷èëàñü ïîðÿäêà 10−6 M¯ [26]. Èíòåðïðåòàöèÿ äàííûõ ÈÊ íàáëþäåíèé 198587 ãã. â ðàìêàõ èçîòåðìè÷åñêîé è ðàäèàëüíîé ìîäåëåé äàëà ìàññó ïûëåâîé îáîëî÷êè â îáåèõ ìîäåëÿõ ïîðÿäêà 10−8 M¯ [39]. Óñîâ [123] îöåíèë ìàññó ôîðìèðóþùåéñÿ ïûëè êàê 2.8 · 10−8 M¯ .
Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140
118
4.2.2 Ñîñòîÿíèå èîíèçàöèè îáëàêîâ Íåîáõîäèìûì óñëîâèåì îõëàæäåíèÿ ãàçà äî òåìïåðàòóðû, ïðè êîòîðîé âîçìîæíî îáðàçîâàíèå ïûëè, ÿâëÿåòñÿ çàùèòà îáëàñòè dust
îò
èîíèçóþùåãî
èçëó÷åíèÿ
îáîèõ
êîìïîíåíòîâ
ñèñòåìû.
Ïîçàäè ôðîíòà óäàðíîé âîëíû îòíîøåíèå òåìïîâ âûñâå÷èâàíèÿ è ðåêîìáèíàöèè çàâèñèò îò ìãíîâåííîãî çíà÷åíèÿ òåìïåðàòóðû ãàçà Tg . Åñëè 5 · 105 K > Tg > 5 · 103 K, òî ñíà÷àëà îáðàçóåòñÿ õîëîäíûé ñëîé èîíèçîâàííîãî ãàçà è òîëüêî ïîòîì ïðîèñõîäèò ðåêîìáèíàöèÿ [49], êîòîðîé ìîæåò ïîìåøàòü èçëó÷åíèå çâ¼çä. Ìû ïîëàãàåì, ÷òî ÎÂ-çâåçäà ýêðàíèðóåòñÿ õîëîäíîé îáëàñòüþ cold, îáðàçóþùåéñÿ â îáëàêå COB îò çâåçäû OB (ñì. ðèñ. 4.3), ãäå, ïî-âèäèìîìó, ñîõðàíèëàñü áîëåå âûñîêàÿ ïëîòíîñòü âñëåäñòâèå îòíîñèòåëüíî ìàëîãî âðåìåíè ïðîë¼òà äî ñòîëêíîâåíèÿ. Èçëó÷åíèå âòîðîãî êîìïîíåíòà çíà÷èòåëüíî ñëàáåå. Äåéñòâèòåëüíî, ãðàíèöà ñòîëêíîâåíèÿ âåòðîâ, ñîãëàñíî ïðèâåä¼ííûì âûøå ñâåäåíèÿì î ñèñòåìå, ïðèìåðíî â 5.3 ðàçà áëèæå ê ÎÂ, ÷åì ê WRçâåçäå, ïîýòîìó èçëó÷åíèå ïîñëåäíåé äèëþòèðîâàíî â 28 ðàç ñèëüíåå. Êðîìå òîãî, ñâåòèìîñòü Πçâåçäû ïðèìåðíî âòðîå âûøå [39]. Ñëåäîâàòåëüíî, âêëàä êîìïîíåíòà WR â èîíèçóþùåå èçëó÷åíèå ñîñòàâëÿåò âñåãî îêîëî îäíîãî ïðîöåíòà. Åãî èçëó÷åíèå ìîæåò çàäåðæàòü è ïðèíàäëåæàùèé îáëàêó CWR âåòðà WR çâåçäû ìåíåå ïëîòíûé ãàç. Ïåðåéä¼ì
ê
êîëè÷åñòâåííûì
ðàñ÷¼òàì.
Ñíà÷àëà
ðàññìîòðèì
ñîñòîÿíèå èîíèçàöèè âîäîðîäà. Ðàñ÷¼òû âûïîëíèì äëÿ óñëîâèé â îáëàêå îò OBçâåçäû, òàê êàê îíî ïëîòíåå WRîáëàêà è, ñëåäîâàòåëüíî, ëó÷øå çàùèùàåò ãàç îò èîíèçóþùåãî èçëó÷åíèÿ. Åñëè âîäîðîä âíóòðè îáëàêà ñòàíîâèòñÿ ïðàêòè÷åñêè íåéòðàëüíûì, òî òàì ìîãóò âîçíèêíóòü óñëîâèÿ äëÿ ðåêîìáèíàöèè óãëåðîäà.  ñðåäå èîíèçîâàííîãî âîäîðîäà íåéòðàëüíûé óãëåðîä, êîíå÷íî, íå îáðàçóåòñÿ. Ñîãëàñíî ñêàçàííîìó âûøå, âåëè÷èíó òåìïåðàòóðû ãàçà Tg â ðàññìàòðèâàåìîé îáëàñòè ïðèìåì ðàâíîé TH ≈ 5 · 103 K. Íåòî÷íîñòü â îïðåäåëåíèè TH , êàê ìû óâèäèì, íå âëèÿåò íà îñíîâíûå âûâîäû. Îáîçíà÷èì ÷åðåç y îòíîñèòåëüíóþ
Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140
119
êîíöåíòðàöèþ íåéòðàëüíîãî âîäîðîäà, òî åñòü, îòíîøåíèå n(HI)/n(H). Ïðè íèçêèõ çíà÷åíèÿõ TH ìîæíî ïðåíåáðå÷ü èîíèçàöèåé ýëåêòðîííûì óäàðîì, è â ýòîì ñëó÷àå ñïðàâåäëèâà ìîäèôèöèðîâàííàÿ ôîðìóëà Ñàõà [125]
(1 − y)2 = A exp(−τ ) , (4.1) y ãäå τ îïòè÷åñêàÿ ãëóáèíà äëÿ ïîðîãîâûõ êâàíòîâ, à ìíîæèòåëü A íå çàâèñèò îò τ :
gi A=p w ga
r
¶ µ Tg 2 (2πmkT∗ )3/2 J . exp − T∗ nh3 kT∗
(4.2)
Êðîìå Tg è ïîëíîé ïëîòíîñòè n ÷èñëà ÷àñòèö ðàññìàòðèâàåìîãî õèìè÷åñêîãî ýëåìåíòà, â íåãî âõîäÿò êîýôôèöèåíò äèëþöèè w, òåìïåðàòóðà çâåçäû T∗ è àòîìíûå ïàðàìåòðû: ïîòåíöèàë èîíèçàöèè J , äîëÿ p ðåêîìáèíàöèé íà ïåðâûé óðîâåíü, à òàêæå ñòàòèñòè÷åñêèå âåñà èîíà gi è àòîìà ga . Îöåíèì
ñîñòîÿíèå
èîíèçàöèè
âîäîðîäà
íà
ãðàíèöå
îáëàêà,
îáðàù¼ííîé ê ÎÂçâåçäå. Íàïîìíèì íåîáõîäèìûå ïàðàìåòðû ñèñòåìû: áîëüøàÿ ïîëóîñü îðáèòû a = 14.7 à.å., ýêñöåíòðèñèòåò ε = 0.84, ýôôåêòèâíàÿ òåìïåðàòóðà ÎÂçâåçäû TOB ðàâíà 44000 Ê, à å¼ ðàäèóñ
ROB = 12R¯ . Äåñÿòè÷íûé ëîãàðèôì áîëîìåòðè÷åñêîé ñâåòèìîñòè â ñîëíå÷íûõ åäèíèöàõ ðàâåí 5.65 è 5.2 äëÿ ÎÂ- è WR-çâåçäû ñîîòâåòñòâåííî. Ñâåäåíèÿ îá ýôôåêòèâíîé òåìïåðàòóðå è î ðàäèóñå WCêîìïîíåíòà ñèñòåìû ìåíåå îïðåäåë¼ííûå; ñîãëàñíî [126, 127], ìû èõ ïðèìåì ðàâíûìè 43000 Ê è 7R¯ .  ñèëó ñêàçàííîãî âûøå î ðîëè äâóõ çâ¼çä â èîíèçàöèè îáëàêà, îøèáêè â ïàðàìåòðàõ çâåçäû ÂîëüôàÐàéå íå ìîãóò êà÷åñòâåííî èçìåíèòü ðåçóëüòàò. Âûïîëíèì ðàñ÷¼òû äëÿ ëîáîâîé òî÷êè â ïåðèàñòðå. ż ðàññòîÿíèå îò ÎÂçâåçäû ðàâíî rs = 5, 54 · 1012 ñì, ÷åìó ñîîòâåòñòâóåò êîýôôèöèåíò äèëþöèè w = 5, 6 · 10−3 . ×èñëåííîå çíà÷åíèå A èç (4.2) ïðè òàêîì âûáîðå ïàðàìåòðîâ ïîëó÷àåòñÿ ðàâíûì
1, 2 · 1018 A≈ . n
(4.3)
Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140
Ïëîòíîñòü
120
ãàçà
n îïðåäåëèì ñëåäóþùèì îáðàçîì. Ñîãëàñíî ïðåäëîæåííîé íàìè ìîäåëè äâóõôàçíîãî âåòðà â ãëàâàõ 1 è 3 äëÿ íåâîçìóù¼ííîãî ãàçà îáëàêà ðàçóìíîé ÿâëÿåòñÿ îöåíêà n ≈ 1012 ñì−3 . Ïëîòíîñòü ðàññìàòðèâàåìîé îáëàñòè cold, êîíå÷íî, çíà÷èòåëüíî âûøå. Ïîñëå ÷åòûð¼õêðàòíîãî óïëîòíåíèÿ íà ôðîíòå ïðîèñõîäèò èçîáàðè÷åñêîå
âûñâå÷èâàíèå
îò
òåìïåðàòóðû
ïîðÿäêà 3 · 108 K
äî 5000 Ê.  ðåçóëüòàòå ïëîòíîñòü ìîæåò óâåëè÷èòüñÿ ïðèìåðíî â 2 · 105 ðàç. Íî ýòî âåðõíèé ïðåäåë, òàê êàê ñ íåêîòîðîãî ìîìåíòà äàâëåíèå âûñâå÷èâàþùåãîñÿ ãàçà íà÷èíàåò îïðåäåëÿòüñÿ ìàãíèòíûì ïîëåì è ðîñò ïëîòíîñòè ïðåêðàùàåòñÿ. Åñëè ëèíèè èíäóêöèè íàïðàâëåíû ïàðàëëåëüíî ïëîñêîìó ôðîíòó, òî ìàãíèòíîå äàâëåíèå ðàñò¼ò ïðîïîðöèîíàëüíî êâàäðàòó ïëîòíîñòè. Íàïðèìåð, ïðè íàïðÿæ¼ííîñòè íåâîçìóù¼ííîãî ïîëÿ 10 Ý ïåðåõîä ê èçîõîðè÷åñêîìó ðåæèìó ïðîèñõîäèò, êîãäà òåìïåðàòóðà óïàä¼ò ïðèáëèçèòåëüíî â òûñÿ÷ó ðàç.  ñèëó ñêàçàííîãî ïîëîæèì n ðàâíûì 1015 ñì−3 . Òàêîìó çíà÷åíèþ
n îòâå÷àåò î÷åíü áîëüøàÿ âåëè÷èíà ïðàâîé ÷àñòè (4.2), ÷òî îçíà÷àåò ïðàêòè÷åñêè ïîëíóþ èîíèçàöèþ âîäîðîäà. Ýòîò ðåçóëüòàò îñòà¼òñÿ ïðè ëþáûõ ðàçóìíûõ ïðåäïîëîæåíèÿõ î ïëîòíîñòè îáëàêîâ. Èòàê, âîäîðîä ìîæåò ðåêîìáèíèðîâàòü òîëüêî âíóòðè îáëàêà. Âû÷èñëèì òîëùèíó ñëîÿ, âíóòðè êîòîðîãî âîäîðîä ïåðåõîäèò â íåéòðàëüíîå ñîñòîÿíèå. Ïðèðàùåíèå îïòè÷åñêîé ãëóáèíû ðàâíî
dτ = τb yds.
(4.4)
Çäåñü s áåçðàçìåðíîå ðàññòîÿíèå îò ãðàíèöû, âûðàæåííîå â åäèíèöàõ òîëùèíû îáëàêà L. Ïàðàìåòð τb ðàâåí ïðîèçâåäåíèþ
τb = σLn,
(4.5)
â êîòîðîì σ ïîðîãîâîå ñå÷åíèå ôîòîèîíèçàöèè. Ìû îãðàíè÷èâàåìñÿ òîëüêî êâàíòàìè âáëèçè ïîðîãà èîíèçàöèè è íå ðàññìàòðèâàåì ïîëíûé ñïåêòð èçëó÷åíèÿ çâåçäû ïî ñëåäóþùåé ïðè÷èíå. Ñå÷åíèå ôîòîèîíèçàöèè âîäîðîäà áûñòðî óìåíüøàåòñÿ ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ ýíåðãèè êâàíòîâ. Ïîýòîìó êâàíòû, ýíåðãèÿ êîòîðûõ ñóùåñòâåííî
Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140
121
ïðåâûøàåò ïîðîã èîíèçàöèè, ìîãóò äàâàòü çàìåòíûé âêëàä â ñêîðîñòü ôîòîèîíèçàöèè òîëüêî â òîì ñëó÷àå, åñëè ñïåêòð èçëó÷åíèÿ ðàñò¼ò â ñòîðîíó áîëüøèõ ÷àñòîò. Íî òåìïåðàòóðà ÎÂçâåçäû íåäîñòàòî÷íî âåëèêà, è ïîðîã èîíèçàöèè âîäîðîäà 13,6 ý íå ïðèõîäèòñÿ íà âèíîâñêóþ îáëàñòü ñïåêòðà. Ïîýòîìó ïîðîãîâûå êâàíòû äàþò îñíîâíîé âêëàä â ñêîðîñòü ôîòîèîíèçàöèè. Ñîâìåñòíîå ðåøåíèå óðàâíåíèé (4.1) è (4.4) ïîçâîëÿåò íàéòè àíàëèòè÷åñêîå âûðàæåíèå äëÿ τ êàê íåÿâíîé ôóíêöèè s: µ ¶ µ ¶ ¢ A¡ A A −τ −τ τb s = τ + 1−e + C − Cτ − ln 1 + + C + ln 1 + e + Cτ . 2 2 2
(4.6)
Çäåñü ââåäåíû îáîçíà÷åíèÿ r µ ¶ A2 A −τ −τ C = A+ , Cτ = Ae 1+ e . 4 4 Ïðè èçâåñòíîì τ âåëè÷èíà y ïîëó÷àåòñÿ èç (4.1):
y=z−
p
z2 − 1 , z =
A −τ e +1 . 2
 èíòåðåñóþùåì íàñ ñëó÷àå, êîãäà τ À 1 è A À 1, ôîðìóëà (4.6) äîïóñêàåò óïðîùåíèå. Ïåðâîå óñëîâèå ïîçâîëÿåò ïðåíåáðå÷ü Cτ ïî ñðàâíåíèþ ñ C , à òàêæå ïîñëåäíèì ñëàãàåìûì â ïðàâîé ÷àñòè ïî ñðàâíåíèþ ñ ïðåäïîñëåäíèì. Èç A À 1 ñëåäóåò C ≈ A/2 è ¡ ¢ ln 1 + A2 + C ≈ ln A.  ðåçóëüòàòå (4.6) ñâîäèòñÿ ê
τb s ≈ A + τ − ln A. Ïîäñòàâëÿÿ ñþäà (4.1) è ðåøàÿ ïîëó÷åííîå êâàäðàòíîå óðàâíåíèå, ïîëó÷àåì ÿâíîå âûðàæåíèå y êàê ôóíêöèè τ0 , A è s:
y =1−
1 2
1 q +
1 4
+
1 G
, ãäå G = exp(A − τb s) .
(4.7)
Ñîñòîÿíèå èîíèçàöèè îïðåäåëÿåòñÿ ïàðàìåòðîì q = A/(τb s). Ïðè åãî áîëüøèõ çíà÷åíèÿõ âîäîðîä ñèëüíî èîíèçîâàí: y ≈ G1 , à ïðè ìàëûõ √ ïðàêòè÷åñêè íåéòðàëåí: y ≈ 1 − G. Çäåñü ìû ó÷ëè, ÷òî G âåëèêî èëè ìàëî âìåñòå ñ q .
Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140
122
Ïðèìåíèì ïîëó÷åííûé ðåçóëüòàò ê îáëàêàì â ðåàëüíûõ äâîéíûõ ñèñòåìàõ. Ïðè àíàëèçå ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ â ãëàâå 3 ìû óáåäèëèñü, ÷òî ïðè ñòîëêíîâåíèè ìîãóò âûñâå÷èâàòüñÿ òîëüêî òàêèå îáëàêà, â êîòîðûõ ïîãîííîå ÷èñëî ÷àñòèö N = nL ïðåâûøàåò îïðåäåë¼ííóþ âåëè÷èíó Ω ≈ 7 · 1022 ñì−2 . Çàïèøåì âûðàæåíèå äëÿ N â ñëåäóþùåé ôîðìå:
N = j · Ω,
(4.8)
îñòàâëÿÿ ïîêà ìíîæèòåëü j > 1 ñâîáîäíûì ïàðàìåòðîì. Îòñþäà ñëåäóåò
τb ≈ 4 · 105 j . Ñîãëàñíî (4.3), èíòåðâàëó ïëîòíîñòåé 14 < lg n < 16 ñîîòâåòñòâóåò äèàïàçîí âîçìîæíûõ çíà÷åíèé A îò 100 äî 10000. Òàêèì îáðàçîì, â âûñâå÷èâàþùèõñÿ îáëàêàõ óñëîâèå q ¿ 1 âûïîëíåíî, è â íèõ ñóùåñòâóåò äîñòàòî÷íî ïðîòÿæ¼ííàÿ îáëàñòü íåéòðàëüíîãî âîäîðîäà. Î÷åâèäíî, ÷òî ïîëó÷åííûé ðåçóëüòàò ñïðàâåäëèâ ïðè ëþáûõ ðàçóìíûõ çíà÷åíèÿõ TH . Èòàê, ó íàñ åñòü îñíîâàíèÿ äëÿ ïîñòàíîâêè âîïðîñà îá îáëàñòè îáðàçîâàíèÿ íåéòðàëüíîãî óãëåðîäà.
4.2.3 Ðåêîìáèíàöèÿ óãëåðîäà Ïåðåéä¼ì ê àíàëèçó ñîñòîÿíèÿ èîíèçàöèè óãëåðîäà. Òàê êàê íàñ èíòåðåñóåò îáëàñòü, â êîòîðîé âîçìîæíî îáðàçîâàíèå ïûëè, òî âåëè÷èíó
Tg ïðèìåì ðàâíîé TC = 1000 K. Ñòîëü íèçêîå çíà÷åíèå òåìïåðàòóðû âðÿä ëè ïîëó÷èòñÿ â ðåçóëüòàòå âûñâå÷èâàíèÿ, òàê êàê ïðè T < TH ðàäèàöèîííîå îõëàæäåíèå ïëîòíîãî (ne > 103 ñì−3 ) ïîëóïðîçðà÷íîãî ãàçà âåñüìà çàòðóäíåíî. Íî ïîñëå ïðîõîæäåíèÿ óäàðíîé âîëíû ïî âñåìó îáëàêó íà÷èíàåòñÿ åãî ðàñøèðåíèå ïîä äåéñòâèåì äàâëåíèÿ. Ðàñøèðåíèå ñîïðîâîæäàåòñÿ àäèàáàòè÷åñêèì îõëàæäåíèåì è íåîáõîäèìîå ïàäåíèå òåìïåðàòóðû ïðîèñõîäèò óæå ïðè äâóêðàòíîì óâåëè÷åíèè ðàçìåðà îáëàêà. Íèæå ìû óáåäèìñÿ, ÷òî êàê è â ðàññìîòðåííîé âûøå çàäà÷å î âîäîðîäå, êîíêðåòíîå çíà÷åíèå Tg êà÷åñòâåííî íå âëèÿåò íà ðåçóëüòàò.  îáñóæäàåìîé îáëàñòè âîäîðîä ïî ïðåäïîëîæåíèþ èîíèçîâàí ñòîëü ñëàáî, ÷òî ðîëü äîíîðîâ ýëåêòðîíîâ âûïîëíÿþò äðóãèå õèìè÷åñêèå ýëåìåíòû. Äëÿ íàøèõ öåëåé äîñòàòî÷íî ó÷èòûâàòü âêëàä òîëüêî
Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140
123
óãëåðîäà, ïîäñòàâëÿÿ â (4.2) âìåñòî n ïðîèçâåäåíèå nC = ZC n, ãäå
ZC ≈ 3 · 10−4 îòíîñèòåëüíîå ñîäåðæàíèå óãëåðîäà ïî ÷èñëó ÷àñòèö.  ñàìîì äåëå, èñêëþ÷åíèå äðóãèõ õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ, òàêèõ êàê æåëåçî è ìàãíèé, ïðèâîäèò ê çàíèæåííîìó çíà÷åíèþ ne . Ñëåäîâàòåëüíî, ìû çàâûøàåì ñòåïåíü èîíèçàöèè óãëåðîäà xC òàì, ãäå îíà ìàëà è ñóùåñòâåííà ðîëü äðóãèõ ýëåìåíòîâ. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî åñëè (4.1) è (4.2) ïðèâîäÿò ê ìàëûì çíà÷åíèÿì xC , òî â äåéñòâèòåëüíîñòè îíà åù¼ íèæå. Òàêèì îáðàçîì, çàêëþ÷åíèå î íèçêîé ñòåïåíè èîíèçàöèè óãëåðîäà áóäåò âïîëíå äîñòîâåðíûì. Ñêîðîñòè
äèýëåêòðîííîé
ðåêîìáèíàöèè,
à
òàêæå
èîíèçàöèè
ýëåêòðîííûì óäàðîì ïðè Tg = 1000 K ïðåíåáðåæèìî ìàëû. Íåîáõîäèìî ñäåëàòü îãîâîðêó, ÷òî ñïåêòð èçëó÷åíèÿ, èîíèçóþùåãî óãëåðîä, óæå íå ÿâëÿåòñÿ ÷åðíîòåëüíûì èç-çà ïîãëîùåíèÿ ðàñïîëîæåííûìè áëèæå ê çâåçäå àòîìàìè âîäîðîäà. Ñòðîãî ãîâîðÿ, ýòî îãðàíè÷èâàåò ïðèìåíèìîñòü (4.1) è (4.2). Íî îñíîâíîé âêëàä â ñêîðîñòü ôîòîèîíèçàöèè äàþò ïîðîãîâûå êâàíòû, êîòîðûå âîäîðîä ïðîïóñêàåò áåñïðåïÿòñòâåííî. Ïîýòîìó èñïîëüçîâàíèå (4.1) è (4.2) çäåñü îïðàâäàíî. Ïîäñòàâèâ â (4.2) ÷èñëåííûå çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ óãëåðîäà (ga =
9, gi = 6, J = 11.26 ýÂ) è nC = 1015 × 3 · 10−4 = 3 · 1011 ñì−3 , ïîëó÷àåì A = 2.1·106 . Ïîðîãîâîå ñå÷åíèå ôîòîèîíèçàöèè óãëåðîäà ðàâíî 1.2 · 10−17 ñì2 [128], îòêóäà ïðè ïîãîííîé ïëîòíîñòè âîäîðîäà (4.8) äëÿ îáëàêà îò ÎÂçâåçäû ñëåäóåò τb = 2.5 · 102 è q ≈ 104 .  îáëàêå îò çâåçäû Âîëüôà-Ðàéå âåëè÷èíà Ω îïðåäåëÿåòñÿ ãåëèåì, à ñîäåðæàíèå óãëåðîäà â í¼ì ìîæíî ïðèíÿòü ðàâíûì 0.05, îòêóäà τb ≈ 4 · 104 è q ≈ 2 · 102 . Ñëåäîâàòåëüíî, ïðè âñåõ ðàçóìíûõ ïðåäïîëîæåíèÿõ î âåëè÷èíå Tg îáëàñòü íåéòðàëüíîãî óãëåðîäà îòñóòñòâóåò, åñëè îáëàêî íàõîäèòñÿ âáëèçè ëîáîâîé òî÷êè. Èòàê, îáëàñòü íåéòðàëüíîãî óãëåðîäà åñëè è ìîæåò ïîÿâèòüñÿ, òî ëèøü ïðè óäàëåíèè îáëàêà îò ãîðÿ÷èõ çâ¼çä. Íî óäàëåíèå ñàìî ïî ñåáå åù¼ íå ðåøàåò ïðîáëåìó.  ñàìîì äåëå, õîòÿ ïàðàìåòð q äëÿ óãëåðîäà è óâåëè÷èâàåòñÿ çà ñ÷¼ò ôàêòîðà äèëþöèè ïðè óäàëåíèè îáëàêà îò ãîðÿ÷èõ çâ¼çä, íî ïðè ýòîì íàäî ó÷åñòü ðîñò ñòåïåíè èîíèçàöèè çà ñ÷¼ò
Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140
124
óìåíüøåíèÿ ïëîòíîñòè âî âðåìÿ ðàñøèðåíèÿ îáëàêà. Êàê ñëåäóåò èç (4.2)
q∝
w , n
(4.9)
âåëè÷èíà q ïðîïîðöèîíàëüíà êîýôôèöèåíòó äèëþöèè è îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíà ïëîòíîñòè. Çäåñü âàæíóþ ðîëü èãðàåò õàðàêòåð çàâèñèìîñòè n(r), êîòîðûé âî ìíîãîì îïðåäåëÿåòñÿ ãåîìåòðèåé îáëàêà. Íàïðèìåð, ïðè èçîòðîïíîì ðàñøèðåíèè îáëàêà åãî ïëîòíîñòü îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíà êóáó ðàäèóñà. Òîãäà ïîëó÷àåòñÿ ïàðàäîêñàëüíûé, íà ïåðâûé âçãëÿä, ðåçóëüòàò, ÷òî óäàëåíèå îáëàêà îò çâåçäû ïðèâîäèò òîëüêî ê óñèëåíèþ åãî ñîñòîÿíèÿ èîíèçàöèè. Ñóùåñòâåííî,
÷òî
ïîñëå
âûñâå÷èâàíèÿ
îáëàêî
ïðèíèìàåò
àíèçîòðîïíóþ ôîðìó: åãî òîëùèíà l â íàïðàâëåíèè ñòîëêíîâåíèÿ ñòàíîâèòñÿ çíà÷èòåëüíî ìåíüøå ïåðâîíà÷àëüíîãî ðàçìåðà d. Äëÿ îïðåäåë¼ííîñòè ïðèìåì d = 1011 ñì è l = 108 ñì. Ñêîðîñòü ðàñøèðåíèÿ
ve îñòûâøåãî îáëàêà ïîëîæèì ðàâíîé 105 ñì/ñ.  òå÷åíèå ïðîìåæóòêà âðåìåíè ∆t ≤ d/ve = 106 c ðàñøèðåíèå îáëàêà áóäåò ïðàêòè÷åñêè îäíîìåðíûì.
Ïðè
òàêîì
àíèçîòðîïíîì
ðàñøèðåíèè
ïëîòíîñòü
óìåíüøàåòñÿ îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíî âñåãî ïåðâîé ñòåïåíè ðàññòîÿíèÿ,
n ∝ 1/r. Ñîãëàñíî (4.9), ïàðàìåòð q óìåíüøàåòñÿ ïî ìåðå óäàëåíèÿ îò çâåçäû q ∝ 1/r è ñòåïåíü èîíèçàöèè óãëåðîäà ïàäàåò. Îáëàêî ïðè ýòîì óäàëÿåòñÿ íà ðàññòîÿíèå rd ïîðÿäêà 3 · 1014 ñì, â 55 ðàç ïðåâûøàþùåå rs , ò.å. ïàðàìåòð q äëÿ îáëàêà ñ j = 1 ïîëó÷àåòñÿ ðàâíûì ÷åòûð¼ì. Òàêèì îáðàçîì, îáëàêî, òî÷íî óäîâëåòâîðÿþùåå êðèòåðèþ âûñâå÷èâàíèÿ j = 1, ïî-âèäèìîìó, âñåãäà áóäåò èîíèçîâàíî èçëó÷åíèåì ÎÂçâåçäû. Íî â îáëàêå ñ j = 10 óãëåðîä óæå óñïåâàåò ïåðåéòè â íåéòðàëüíîå ñîñòîÿíèå. Ìû áóäåì ïðåäïîëàãàòü, ÷òî òàêèå îáëàêà ñóùåñòâóþò, òàê êàê óñëîâèå j ≥ 10 íå ïðåäñòàâëÿåòñÿ ÷ðåçìåðíûì. Òàêèì îáðàçîì, ïåðåõîä óãëåðîäà èç îäíîêðàòíî èîíèçîâàííîãî â àòîìàðíîå ñîñòîÿíèå ïîëó÷àåòñÿ âîçìîæíûì âñëåäñòâèå àíèçîòðîïíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ ïëîòíîñòè âíóòðè îáëàêà ïîñëå âûñâå÷èâàíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû. Òåïåðü ìû ìîæåì ïåðåéòè ê âîïðîñó ñîáñòâåííî îáðàçîâàíèÿ ïûëè.
Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140
125
4.2.4 Îáðàçîâàíèå ïûëè è å¼ âûæèâàíèå â ïîëå èçëó÷åíèÿ çâåçäû Êîíäåíñàöèÿ ïûëè äîëæíà íà÷àòüñÿ ñ íåêîòîðîé çàäåðæêîé, òàê êàê òðåáóåòñÿ îïðåäåë¼ííîå âðåìÿ íà óäàëåíèå îáëàêà îò ãîðÿ÷èõ çâ¼çä è íà ðîñò ïûëèíîê ïîñëå ðåêîìáèíàöèè óãëåðîäà. Ðàññòîÿíèå, ðàâíîå rd , îáëàêî ñî ñêîðîñòüþ îêîëî 3 · 108 ñì/ñ ïðîõîäèò ïðèìåðíî çà 106 ñ. Ïîñëå îáðàçîâàíèÿ îáëàñòè íåéòðàëüíîãî óãëåðîäà âíóòðè îáëàêà ïîÿâëÿåòñÿ çàùèòà îò èîíèçóþùåãî èçëó÷åíèÿ, è òîãäà îäíîìåðíîå ðàñøèðåíèå îáëàêà ñîïðîâîæäàåòñÿ àäèàáàòè÷åñêèì îõëàæäåíèåì. Äëÿ óìåíüøåíèÿ òåìïåðàòóðû íà ïîðÿäîê âåëè÷èíû äîñòàòî÷íî òðèäöàòèêðàòíîãî óìåíüøåíèÿ ïëîòíîñòè, ÷òî ëåãêî äîñòèãàåòñÿ ïðè ðàñøèðåíèè îáëàêà. Ïîýòîìó ìû ìîæåì ïîëàãàòü, ÷òî îáðàçîâàíèå îáëàñòè íåéòðàëüíîãî óãëåðîäà
ñîïðîâîæäàåòñÿ
âîçíèêíîâåíèåì
óñëîâèé,
ïðè
êîòîðûõ
ïîÿâëåíèå ïûëè ÿâëÿåòñÿ òåðìîäèíàìè÷åñêè âûãîäíûì. Òåïåðü íàäî îöåíèòü ñêîðîñòü êîíäåíñàöèè ïûëèíîê.  îñòûâøåì ïðè àäèàáàòè÷åñêîì ðàñøèðåíèè ãàçå íà÷èíàåòñÿ ïðîöåññ ïðèëèïàíèÿ àòîìîâ è ìîëåêóë ê öåíòðàì êîíäåíñàöèè áóäóùèõ ïûëèíîê. Äëÿ îöåíêè òåìïà óâåëè÷åíèÿ ðàäèóñà ïûëèíêè âîñïîëüçóåìñÿ ïðîñòîé ôîðìóëîé [74]:
da ρC vT = . (4.10) dt 2δ Çäåñü δ ≈ 0.5 ã/ñì3 óäåëüíàÿ ïëîòíîñòü âåùåñòâà ïûëèíîê, vT ≈ 5 · 104 ñì/ñ òåïëîâàÿ ñêîðîñòü àòîìîâ óãëåðîäà, ρC ïëîòíîñòü óãëåðîäà. Ïîñëåäíþþ âåëè÷èíó ìû îöåíèì ñëåäóþùèì îáðàçîì. Ñîãëàñíî ïðèâåä¼ííûì âûøå îöåíêàì, ïîãîííóþ ïëîòíîñòü ÷èñëà ÷àñòèö îáëàêà N ïðèìåì ðàâíîé 10Ω = 7 · 1023 ñì−2 . Åñëè îáëàêî ñîñòîèò â îñíîâíîì èç ãåëèÿ, òî åãî ïîãîííàÿ ïëîòíîñòü ðàâíà 4.6 ã/ñì2 , à ðàçìåðó îáëàêà äî ñòîëêíîâåíèÿ 1011 ñì è ñîäåðæàíèþ óãëåðîäà ïî ÷èñëó ÷àñòèö ZC = 0.05 ñîîòâåòñòâóåò ïëîòíîñòü íåâîçìóù¼ííîãî óãëåðîäà 6.9 · 10−12 ã/ñì3 . Äàëåå ñëåäóþò äâà ïðîöåññà, ñòðåìÿùèåñÿ êîìïåíñèðîâàòü äðóã äðóãà: ñæàòèå âûñâå÷èâàþùåãîñÿ ãàçà ïîçàäè ôðîíòà è åãî ïîñëåäóþùåå ðàñøèðåíèå. Íàñ èíòåðåñóåò ñåé÷àñ îêîí÷àíèå
Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140
126
ôàçû îäíîìåðíîãî ðàñøèðåíèÿ. Ìîæíî ïðèíÿòü, ÷òî â ýòîò ìîìåíò ïëîòíîñòü óãëåðîäà ïî êðàéíåé ìåðå ïðåâûøàåò ρC = 10−12 ã/ñì3 . Òîãäà èç (4.10) ïîëó÷àåì îöåíêó da/dt ≈ 5 · 10−8 ñì/ñ. Íàïðèìåð, ðàäèóñ
a ≈ 5 · 10−5 ñì äîñòèãàåòñÿ ïðèìåðíî çà 103 ñåê.
4.2.5 Ñòàäèÿ íàãðåâà ïûëè Ïîñëå òîãî, êàê ðàçìåðû îáëàêà ñòàíîâÿòñÿ ïðèìåðíî îäèíàêîâûìè ïî âñåì íàïðàâëåíèÿì, íàñòóïàåò íîâàÿ ôàçà ýâîëþöèè ïûëåâîãî îáëàêà: ïûëü íàãðåâàåòñÿ. Äåéñòâèòåëüíî, ïëîòíîñòü îáëàêà ïðè èçîòðîïíîì ðàñøèðåíèè íà÷èíàåò çàâèñåòü îò r êàê 1/r3 .  ðåçóëüòàòå ïàðàìåòð
q íà÷èíàåò óâåëè÷èâàòüñÿ ïðîïîðöèîíàëüíî r, îáëàêî ïðîñâåòëÿåòñÿ, ñëåãêà èîíèçóåòñÿ, íàãðåâàåòñÿ è âíîâü îáðàçîâàííàÿ ïûëü íà÷èíàåò ñâåòèòüñÿ ÿð÷å, ïðè÷¼ì, êàê ìû óâèäèì íèæå, ðàçðóøåíèÿ ïûëè íå ïðîèñõîäèò. Ïðè j = 10 ïðîñâåòëåíèå îáëàêà íàñòóïàåò, êîãäà ðàäèóñ îáëàêà óâåëè÷èâàåòñÿ ïðèìåðíî âäâîå, íà ÷òî óõîäèò ïðèìåðíî 106 ñåê. Çà ýòîò ïðîìåæóòîê âðåìåíè îáëàêî óäàëèòñÿ åù¼ íà 3 · 1014 ñì è â ðåçóëüòàòå êîýôôèöèåíò äèëþöèè óìåíüøàåòñÿ äî 5 · 10−7 . Òåïåðü óáåäèìñÿ, ÷òî ïðîñâåòëåíèå îáëàêà äëÿ èîíèçóþùåãî èçëó÷åíèÿ çâåçäû çäåñü íå ïðèâîäèò ê ðàçðóøåíèþ ïûëè. Äëÿ ýòîãî îïðåäåëèì òåìïåðàòóðó ïûëè. ż ìîæíî îöåíèòü èç óñëîâèÿ ðàâåíñòâà òåìïîâ íàãðåâà 4 Wa ≈ πa2 σTOB we−τ
è îõëàæäåíèÿ
28 2 3 c (kTg )5 Wc = π a 24.9κ 0 , 4 3 (hc) ïðè÷¼ì ìû ïðåäïîëàãàåì íàëè÷èå íàèáîëåå æ¼ñòêèõ äëÿ âûæèâàíèÿ ïûëè óñëîâèé, êîãäà çàùèòà îò èîíèçóþùåãî èçëó÷åíèÿ ïîëíîñòüþ îòñóòñòâóåò. Ìíèìóþ ÷àñòü ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ κ 0 ïðèìåì ðàâíîé
0.05
[74],
à
ðàäèóñ
ïûëèíêè
âîçüì¼ì (1 − 5) · 10−5 ñì.
Îïòè÷åñêàÿ ãëóáèíà â ðàññìàòðèâàåìûé ïðîìåæóòîê âðåìåíè ðàâíà ïðèìåðíî
åäèíèöå.
Ïîäñòàâëÿÿ
ïðèíÿòûå
çíà÷åíèÿ
ïàðàìåòðîâ
Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140
â
óðàâíåíèå
ïûëè:
127
áàëàíñà
Wa = Wc , ïîëó÷àåì îöåíêó òåìïåðàòóðû Tg ≈ (1 − 1.4)103 K. Ýòîò äèàïàçîí òåìïåðàòóð ÿâëÿåòñÿ
òåðìîäèíàìè÷åñêè âûãîäíûì äëÿ îáðàçîâàíèÿ ïûëè, â ñèëó ÷åãî íàãðåòàÿ ïûëü äåéñòâèòåëüíî íå ðàçðóøàåòñÿ.
4.3 Äèñêóññèÿ Íàø ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè êîíêðåòèçèðóåò ïðèâåä¼ííûå âûøå ìûñëè äðóãèõ àâòîðîâ î äâóõôàçíîì âåòðå è î íåîáõîäèìîñòè áûñòðîãî óäàëåíèÿ ïëîòíûõ õîëîäíûõ îáëàñòåé âåòðà îò âîçáóæäàþùèõ çâ¼çä. Âñå ïðîöåññû, íåîáõîäèìûå äëÿ êîíäåíñàöèè ïûëåâûõ ÷àñòèö â óñëîâèÿõ áûñòðîãî âåòðà è ìîùíîãî ïîëÿ èçëó÷åíèÿ, åñòåñòâåííî ïðîèñõîäÿò ïðè ñòîëêíîâåíèè îáëàêîâ è ïîñëåäóþùåì èõ äâèæåíèè ïðî÷ü îò ãîðÿ÷èõ çâ¼çä. Ïîêàçàíî, ÷òî â ðàìêàõ îäíîé ìîäåëè ìîæíî îáúÿñíèòü íå òîëüêî îñîáåííîñòè ðåíòãåíîâñêîãî ñïåêòðà ñèñòåìû WR140, íî è å¼ ÈÊèçëó÷åíèå. Íàøè ðåçóëüòàòû âû÷èñëåíèé êîíòðàñòà ïëîòíîñòè, çàäåðæêè ÈÊâñïûøêè ïî âðåìåíè, òåìïåðàòóðû îáëàñòè, â êîòîðîé ôîðìèðóåòñÿ ïûëü è å¼ õèìè÷åñêèé ñîñòàâà õîðîøî ñîãëàñóþòñÿ êàê ñ íàáëþäàòåëüíûìè äàííûìè ðàçëè÷íûõ àâòîðîâ, òàê è ñ îöåíêàìè, ñäåëàííûìè ðàíåå. Íàø ïîäõîä âûãîäíî îòëè÷àåòñÿ îò ìîäåëè, ãäå ðàññìàòðèâàåòñÿ òîëüêî ðàçðåæåííûé êîìïîíåíò. Ýòà ìîäåëü âñòðå÷àåòñÿ ñ òðóäíîñòÿìè îõëàæäåíèÿ ãàçà íèæå òåìïåðàòóðû 104 K, à òàêæå ñ íåîáõîäèìîñòüþ çàùèòû àòîìîâ óãëåðîäà îò èîíèçóþùåãî èçëó÷åíèÿ ÎÂçâåçäû. Êàê ìû óáåäèëèñü âûøå, äëÿ ïðåîäîëåíèÿ îáåèõ òðóäíîñòåé îêàçàëàñü âåñüìà ïîëåçíîé ãèïîòåçà ñòîëêíîâåíèÿ îáëàêîâ. Ê òîìó æå îòòîê ãàçà îò ëîáîâîé òî÷êè ìîæåò áûòü óñêîðåí íå ó÷ò¼ííîé â [123] ñèëîé Êîðèîëèñà, âêëàä êîòîðîé âáëèçè ïåðèàñòðà ñèñòåìû W140 äîñòèãàåò 6%. Òàêèì îáðàçîì, èíôðàêðàñíîå èçëó÷åíèå ïûëè â øèðîêèõ äâîéíûõ ñèñòåìàõ, òèïà WR140, ÿâëÿåòñÿ åù¼ îäíèì êîñâåííûì ñâèäåòåëüñòâîì â ïîëüçó ìîäåëè äâóõôàçíîãî âåòðà îò ãîðÿ÷èõ çâ¼çä.
Çàêëþ÷åíèå  çàêëþ÷åíèå åù¼ ðàç îòìåòèì îñíîâíûå ðåçóëüòàòû, ïîëó÷åííûå àâòîðîì â äèññåðòàöèè.
• Äëÿ äâîéíûõ ñèñòåì ñ WR è O-êîìïîíåíòàìè âïåðâûå ïðåäëîæåíà ìîäåëü ñòîëêíîâåíèÿ äâóõôàçíûõ çâ¼çäíûõ âåòðîâ, ñîñòîÿùèõ èç ïëîòíûõ êîìïàêòíûõ îáëàêîâ è ðàçðåæåííîãî êîìïîíåíòà.
• Ïîñòðîåíà ìîäåëü ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ äâîéíîé ñèñòåìû HD 193793, êîòîðàÿ âïåðâûå ó÷èòûâàåò ðîëü êàê ðàçðåæåííîãî, òàê è îáëà÷íîãî êîìïîíåíòà çâ¼çäíûõ âåòðîâ.  ðàìêàõ ýòîé ìîäåëè âïåðâûå óäàëîñü îáúÿñíèòü òîò ôàêò, ÷òî íàáëþäàåìàÿ ðåíòãåíîâñêàÿ ñâåòèìîñòü äàííîé ñèñòåìû ïðàêòè÷åñêè ïîñòîÿííà è íå çàâèñèò îò ôàç îðáèòàëüíîãî ïåðèîäà, íåñìîòðÿ íà áîëüøóþ âûòÿíóòîñòü îðáèòû.
•  ðàìêàõ ìîäåëè ñòîëêíîâåíèÿ äâóõôàçíûõ çâ¼çäíûõ âåòðîâ âïåðâûå îáúÿñí¼í ôàêò îáðàçîâàíèÿ ïûëè â äâîéíîé ñèñòåìå HD 193793 è å¼ âûæèâàíèÿ â ïîëå èîíèçóþùåãî èçëó÷åíèÿ çâåçäû. Òàêæå âïåðâûå îáúÿñíåíî ÿâëåíèå çàäåðæêè ÈÊâñïûøêè â òå÷åíèå íåñêîëüêèõ ìåñÿöåâ ïîñëå ìîìåíòà ïåðèàñòðà.
• Âïåðâûå èññëåäîâàíî ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà òîðìîçíîãî èçëó÷åíèÿ ðàäèàòèâíîé óäàðíîé âîëíû ïðè îäíîâðåìåííîì ó÷¼òå ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè, îáìåíà ýíåðãèåé ìåæäó èîíàìè è ýëåêòðîíàìè, à òàêæå âûñâå÷èâàíèÿ ïðè ñâîáîäíîñâîáîäíûõ ïåðåõîäàõ. Ðàñ÷¼òû ïðîâîäèëèñü äëÿ óñëîâèé, òèïè÷íûõ äëÿ ñòàëêèâàþùèõñÿ çâ¼çäíûõ âåòðîâ îò ãîðÿ÷èõ çâ¼çä. 128
Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140
129
• Äëÿ óñëîâèé ñòàëêèâàþùèõñÿ âåòðîâ âïåðâûå èññëåäîâàíî âëèÿíèå ôîòîèîíèçàöèè íà ñâå÷åíèå íàòåêàþùåãî ãàçà â ëèíèÿõ âîäîðîäî è ãåëèåïîäîáíûõ èîíîâ æåëåçà. Ïîêàçàíî, ÷òî ôîòîèîíèçàöèÿ ïðèâîäèò ê ñóùåñòâåííîìó óìåíüøåíèþ çàâèñèìîñòè èíòåíñèâíîñòè ëèíåé÷àòîãî èçëó÷åíèÿ îò ñêîðîñòè ôðîíòà. Îñîáåííî îòìåòèì, ÷òî âïåðâûå ïðåäëîæåííàÿ â äèññåðòàöèè ìîäåëü ñòîëêíîâåíèÿ äâóõôàçíûõ çâ¼çäíûõ âåòðîâ â ñèñòåìàõ ñ WR è Oêîìïîíåíòàìè â íàñòîÿùåå âðåìÿ ÿâëÿåòñÿ åäèíñòâåííîé, êîòîðàÿ ïîçâîëÿåò îáúÿñíèòü íàáëþäàåìûå îñîáåííîñòè ðåíòãåíîâñêîãî è èíôðàêðàñíîãî èçëó÷åíèÿ ñèñòåìû WR140. Àêòóàëüíîñòü îïèñàííîé ìîäåëè ïîäòâåðæäàåòñÿ åù¼ è òåì, ÷òî â ïîñëåäíåå âðåìÿ ïîÿâëÿåòñÿ âñ¼ áîëüøå íàáëþäåíèé, ïîäòâåðæäàþùèõ íàëè÷èå îáëàêîâ â âåòðàõ çâ¼çä Âîëüôà-Ðàéå (ñì. Ââåäåíèå). Àâòîð íàäååòñÿ, ÷òî ýòîò òðóä, ïîòðåáîâàâøèé òåðïåíèÿ âñåõ, êòî æäàë åãî çàâåðøåíèÿ, âíåñ¼ò ñâîé âêëàä â ðàçâèòèå çâ¼çäíîé àñòðîôèçèêè è íå îñòàíåòñÿ áåç âíèìàíèÿ òåõ, êòî çàíèìàåòñÿ ñõîæèìè âîïðîñàìè.
Ëèòåðàòóðà [1] Ôèçèêà êîñìîñà (ìàëåíüêàÿ ýíöèêëîïåäèÿ). Ïîä ðåä. Ð.À.Ñþíÿåâà, Ìîñêâà, Ñîâåòñêàÿ ýíöèêëîïåäèÿ, 1986. [2] ×åðåïàùóê À.Ì. Îáùèå íàáëþäàòåëüíûå îñîáåííîñòè çâ¼çä Âîëüôà-Ðàéå.// Çâ¼çäû òèïà Âîëüôà-Ðàéå è ðîäñòâåííûå èì îáúåêòû. Ïîä ðåä. Ò. Íóãèñà è È. Ïóñòûëüíèêà, Ñ. 79, Òàëëèí, 1988. [3] Íóãèñ Ò. Ïàðàìåòðû îäèíî÷íûõ çâ¼çä òèïà Âîëüôà-Ðàéå.//Çâ¼çäû òèïà Âîëüôà-Ðàéå è ðîäñòâåííûå èì îáúåêòû. Ïîä ðåä. Ò. Íóãèñà è È. Ïóñòûëüíèêà, Ñ. 1038, Òàëëèí, 1988. [4] Moat A.F.J., Lamontagne R., Shara M.M., McAlister H.A. On WolfRayet stars with unshifted absorption lines.//AJ, vol. 91, p. 13921399, 1986. [5] Conti P.S., Garmany C.D., de Loor C. and Vanbeveren D. The Evolution of the Massive Stars: the Numbers and Distribution of O Stars and Wolf-Rayet Sarts.// ApJ, vol. 274, p. 302312, 1983. [6] Lundstrem I. and Stenholm B. Wolf-Rayet stars in open clusters and associations.// Astron. Astrophys. Suppl. Vol. 58, p. 163192, 1984. [7] Willis A.J. Properties of Wolf-Rayet stars from X-ray to radio data.//Wolf-Rayet Phenomena in Massive Stars and Starburst Galaxies. Proceedings IAU Symposium No 193. K.A. van der Hucht, G. Koenigsberger and P.R.J. Eenens, eds. P.112, 1999.
130
Ëèòåðàòóðà
131
[8] Òóòóêîâ À.Â., Þíãåëüñîí Ë.Ð. Î íà÷àëüíûõ ìàññàõ çâ¼çä, ïðåâðàùàþùèõñÿ â çâ¼çäû Âîëüôà-Ðàéå.//Àñòðîí. æóðí. 1985. Ò.62. Ñ.604. [9] W.-R. Hamann and L. Koesterke. Spectrum formation in clumped stellar winds: consequences for the analyses of Wolf-Rayet spectra.//Astron. Astrophys., vol. 335, p. 1003-1008, 1998. [10] Cherepashchuk A.M. Wolf-Rayet binaries: observational aspects.// IAU Symp. N 143. Wolf-Raet Stars and Interrelations with Other Massive Stars in Galaxies. Edited by Karel A. van der Hucht and Peredure M. Williams, Kluwer Academic Publishers, p. 187199, 1991. [11] Barlow M.J., Smith L.J., Willis A.J. Mass-loss rates for 21 Wolf-Rayet stars.//MNRAS, vol. 196, p. 101110, 1981. [12] St.-Louis N., Moat A.F.J., Drissen L., Bastien P., Robert C. Polarization variability among Wolf-Rayet stars. III. A new way to derive mass-loss rates for Wolf-Rayet stars in binary systems.// ApJ, vol. 330, p. 286304, 1988. [13] Stevens I.R., Corcoran M.F., Willis A.J., Skinner S.L., Pollock A.M.T., Nagase F. and Koyama K. ASCA observations of γ 2 Velorum (WC8+O9I): the variable X-ray spectrum of colliding winds.// MNRAS, vol. 283, p. 589605, 1996. [14] Moat A.F.J., Robert C. Clumping and mass loss in hot star winds.//ApJ, vol.421, p.310313, 1994. [15] Nugis T., Crowther P.A., Willis A.J. Clumping-corrected mass-loss rates of Wolf-Rayet stars.// Astron.Astrophys., vol. 333, P. 956969, 1998. [16] Nugis T. Lamers H.J.G.L.M. The mass-loss rates of Wolf-Rayet stars explained by optically thick radiation driven wind models.// Astron.Astrophys., vol. 389, P. 162179, 2002.
Ëèòåðàòóðà
132
[17] Rublev S.V. The Wolf-Rayet stars.//IAU Symposium No 67: Variable Stars and Stellar Evolution. P.259274, 1975. [18] Nugis T. On the chemical composition of Wolf-Rayet stars.//IAU Symposium No 67: Variable Stars and Stellar Evolution. P.291296, 1975. [19] Íóãèñ Ò. Õèìè÷åñêèé ñîñòàâ â ðàñøèðÿþùèõñÿ îáîëî÷êàõ WR çâ¼çä.// Çâ¼çäû òèïà Âîëüôà-Ðàéå è ðîäñòâåííûå èì îáúåêòû. Ïîä ðåä. Ò. Íóãèñà è È. Ïóñòûëüíèêà, Ñ. 89101, Òàëëèí, 1988. [20] Hillier D.J. Observational abundances of Wolf-Rayet stars.//In: Properties of hot luminous stars, Astronomical Society of the Pacic, p. 340353, 1990. [21] Nugis T. New determinations of the chemical composition of WolfRayet stars.//IAU Symposium No 163. Wolf-Raet Stars: Binaries, Colliding Winds, Evolution. Edited by Karel A. van der Hucht and Peredure M. Williams, p. 162163, 1995. [22] Moat A.F.J. Properties of Wolf-Rayet binaries: the key to understanding Wolf-Rayet stars.// IAU Symp. N 163. Wolf-Raet Stars: Binaries, Colliding Winds, Evolution. Edited by Karel A. van der Hucht and Peredure M. Williams, P. 213222, 1995. [23] A.M.T. Pollock. New evidence at X-ray and COS-B γ -ray frequencies for non-thermal phenomena in Wolf-Rayet stars.//Astron. Astrophys., vol. 171, p.135-139, 1987. [24] Florkowski D.R., Gottesman S.T. HD 193793, a radio-emitting WolfRayet binary star.//MNRAS, vol. 179, p. 105-110, 1977. [25] Williams P.M., Beattie D.H., Lee T.J., Stewart J.M., Antonopoulou E. Condensation of a shell around HD 193793.//MNRAS, vol. 185, p. 467 472, 1978. [26] Hackwell J.A., Gehrz R.D., Grasdalen G.L. Dust formation around HD 193793.//ApJ, vol.234, p.133-139, 1979.
Ëèòåðàòóðà
133
[27] Ian R.Stevens. Colliding stellar winds: X-ray emission and intstabilities.// IAU Symp. N 163. Wolf-Raet Stars: Binaries, Colliding Winds, Evolution. Edited by Karel A. van der Hucht and Peredure M. Williams, 1995. P. 486-493. [28] Katsuji Koyama, Mitsunobu Kawada and Shiro Takano. Ginga Observations of a Wolf-Rayet Star HD 193793.// Publ. Astron. Soc. Japan. 1990. V. 42. L1-L5. [29] Katsuji Koyama, Yoshimoto Maeda, Takeshi Tsuru, Fumiaki Nagase and Stephen Skinner. ASCA Observations of the Wolf-Rayet Binary HD 193793.// Publ. Astron. Soc. Japan. 1994. V. 46. L93-L96. [30] Cherepashchuk A.M. Eects of wind-wind collision in close binary stars.// Astrophysics and Space Science. Vol. 274, p. 159-174, 2000. [31] ×åðåïàùóê À.Ì., 1967, Ïåðåìåííûå çâ¼çäû, Ò.16 N2, Ñ.226. [32] Ïðèëóöêèé Î.Ô., Óñîâ Â.Â. Î ðåíòãåíîâñêîì èçëó÷åíèè äâîéíûõ ñèñòåì, ñîäåðæàùèõ çâ¼çäû Âîëüôà-Ðàéå.//Àñòðîí. æ., Ò. 53, Ñ. 6, 1976. [33] ×åðåïàùóê À.Ì. Âîçìîæíîñòü îáíàðóæåíèÿ äâîéíûõ ñðåäè çâ¼çä òèïà Âîëüôà-Ðàéå ïî èõ ðåíòãåíîâñêîìó èçëó÷åíèþ.//Ïèñüìà â ÀÆ, ò. 2, N 7, ñ.356360, 1976. [34] Abbott D.C. and Conti P.S. Wolf-Rayet stars.// Ann. Rev. Astron. Astrophys., vol. 25, p. 113, 1987. [35] Pollock A. M. T. The EINSTEIN View of the Wolf-Rayet Stars. //Astrophys. J. V. 320, P. 283285, 1987 [36] ×åðåïàùóê À.Ì. Ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå è êëî÷êîâàòûé çâ¼çäíûé âåòåð â äâîéíûõ ñèñòåìàõ ñ êîìïîíåíòàìè Âîëüôà-Ðàéå. //Àñòðîí. æ., Ò.67, Ñ.955, 1990.
Ëèòåðàòóðà
134
[37] Áû÷êîâ Ê.Â., ×åðåïàùóê À.Ì. Î ðåíòãåíîâñêîì èçëó÷åíèè óäàðíûõ âîëí â äâîéíûõ ñèñòåìàõ WR+0 è O+O.//Àñòðîí. æ., Ò.70, Ñ.512522, 1993. [38] Cherepashchuk A.M. Optical and X-ray observations of stellar winds in Wolf-Rayet binaries.//IAU Symp. N 163. Wolf-Raet Stars: Binaries, Colliding Winds, Evolution. Edited by Karel A. van der Hucht and Peredure M. Williams, Kluwer Academic Publishers, p. 262-270, 1995. [39] Williams P.M., van der Hucht K.A. Pollock A.M.T., Florkowski D.R., H. van der Woerd and Wamsteker W.M. Multi-frequency variations of the Wolf-Rayet system HD 193793I. Infrared, X-ray and radio observations.//MNRAS, vol. 243, p. 662684, 1990. [40] Skinner S., Nagase F., Koyama K., Maeda Y. and Tsuboi Y. ASCA Xray observations of the Wolf-Rayet Stars HD 193793 and HD 93162.// IAU Symp. N 163. Wolf-Raet Stars: Binaries, Colliding Winds, Evolution. Edited by Karel A. van der Hucht and Peredure M. Williams, P. 471-475, 1995. [41] Usov V.V. Stellar wind collision and X-ray generation in massive binaries.//Astrophys. J., vol. 389, p. 635648, 1992. [42] Usov V.V. Hydrodynamics and high-energy physics of Wolf-Rayet colliding winds.//IAU Symp. N 163. Wolf-Raet Stars: Binaries, Colliding Winds, Evolution. Edited by Karel A. van der Hucht and Peredure M. Williams, p. 420424, 1995. [43] Ian R.Stevens, Jonh M. Blondin and A.M.T. Pollock. Colliding winds from early-type stars in binary systems.//Astrophys. J., vol. 386, p. 265287, 1992. [44] Ian R.Stevens, Julian M. Pittard. Colliding stellar winds: recent advances in modelling.// IAU Symp. N 193. Wolf-Raet Phenomena in Massive Stars and Staeburst Galaxies. Edited by Karel A. van der
Ëèòåðàòóðà
135
Hucht, Gloria Koenigsberger and Philippe R. J. Eenens, 1999. p. 289 297. [45] Pikelner S.B., 1968, Astrophys. Lett. V.2, P.9799. [46] Ïèêåëüíåð Ñ.Á., Ùåãëîâ Ï.Â., 1968, Àñòðîí. æ., Ò.45, Ñ.953961. [47] Owocki S.P., Gayley K.G., 1995, Astrophys. J., V. 454, L145. [48] Zhekov S.A., Myasnikov A.V., 1998, New Astron., V.3, No.2, P.57-73. [49] Áû÷êîâ Ê.Â., Åãîðîâà Ñ.Å., Êàòûøåâà Í.À., 1993, Àñòðîí.æ., Ò.70, Ñ.11461156. [50] Áû÷êîâ Ê.Â., Åãîðîâà Ñ.Å., Êàòûøåâà Í.À., 1994, Àñòðîí.æ., Ò.71, Ñ. 7882. [51] Myasnikov A.V., Zhekov S.A. and Belov N.A., 1998, Monthly Notices of the RAS, V.298, P.10211029. [52] Ëåáåäåâ Ì.Ã., Ìÿñíèêîâ À.Â., 1988, â ñáîðíèêå "×èñëåííûå ìåòîäû â àýðîäèíàìèêå"ïîä ðåäàêöèåé Ïàñêîíîâà Â.Ì. è Ðîñëÿêîâà Ã.Ñ., Ìîñêâà èçäâî ÌÃÓ, Ñ.3. [53] Lebedev M.G., Myasnikov A.V., 1990, Fluid. Dyn., V.25, P.629. [54] Walder R. Simulations of colliding winds in 3 dimensions.//IAU Symp. N 163. Wolf-Raet Stars: Binaries, Colliding Winds, Evolution. Edited by Karel A. van der Hucht and Peredure M. Williams, p. 420424, 1995. [55] Usov V.V. Stellar Wind Collision and X-ray Generation in Massive Binaries.//Astrophys. J., V.389, P.635648, 1991. [56] Áàéðàìîâ Ç.Ò., Ïèëþãèí Í.Í., Óñîâ Â.Â. 1990, Ñòîëêíîâåíèå çâ¼çäíûõ âåòðîâ â äâîéíûõ ñèñòåìàõ, ñîäåðæàùèõ çâ¼çäû ÂîëüôàÐàéå.// Àñòðîí. æóðí., Ò. 67. Âûï. 5. Ñ. 998-1009. [57] Áû÷êîâ Ê.Â., 1979, Àñòðîí. æ., Ò.56, Ñ.781792.
Ëèòåðàòóðà
136
[58] Moat A.F.J., Drissen L., Lamontagne R., Robert C. Spectroscopic evidence for rapid blob ejection in Wolf-Rayet stars.//ApJ, vol. 334, p. 10381043, 1988. [59] Àíòîõèí È.È., Íóãèñ Ò., ×åðåïàùóê À.Ì. Ïðîôèëè ýìèññèîííûõ ëèíèé HeI è HeII â ìîäåëè îáëà÷íîé àòìîñôåðû çâåçäû ÂîëüôàÐàéå.//Àñòðîí. æ., Ò. 69, Ñ. 516525, 1992. [60] Antokhin I.I. Observational Aspects of Wolf-Rayet Atmospheres.//IAU Symposium No 163: p. 8793, 1995. [61] D.Luo, R.McCray, M.M. MacLow // Astrophys.J., 1990, V.362, P.267. [62] Ëåâè÷ Å.Â., Ñþíÿåâ Ð.À., 1971, Àñòðîí. æóðí., Ò.48, Ñ. 161. [63] Ëîñåâ Ñ.À., Ïèëþãèí Í.Í., Ñóðæèêîâ Ñ.Ò. Ìîäåëèðîâàíèå ðàäèàöèîííûõ ïðîöåññîâ â ìåõàíèêå ñïëîøíîé ñðåäû. Ì.: Èçäâî ÌÃÓ, 1990. [64] Cherchne I., Tielens A.G.G.M. Dust formation in hot stellar winds.// IAU Symposium No 163: p. 346353, 1995. [65] White R.L., Becker R.H. An 8 Year Study of the Radio Emission from the Wolf-Rayet Binary HD 193793=WR140. //Astrophys. J., V. 451, P.352358, 1995. [66] Àëåêñàíäðîâà Î.Â, Áû÷êîâ Ê.Â. Âîçìîæíàÿ ðîëü îáëà÷íîé ñòðóêòóðû âåòðà â ðåíòãåíîâñêîì èçëó÷åíèè äâîéíîé ñèñòåìû HD 193793.//ÀÆ, òîì 77, N 12, ñòð. 883892, 2000. [67] Àëåêñàíäðîâà Î.Â, Áû÷êîâ Ê.Â. Ôîðìèðîâàíèå ïûëè â äâîéíûõ ñèñòåìàõ ñ ÎÂ- è WR-êîìïîíåíòàìè â ìîäåëè äâóõôàçíîãî çâ¼çäíîãî âåòðà.//ÀÆ, òîì 78, N 4, ñòð. 327332, 2001. [68] Àáðàìîâà
Î.Â.,
Àâåðèí
Ï.Â.
è
Áû÷êîâ
Ê.Â.
Íåòåïëîâîå
ðàäèîèçëó÷åíèå WR140 â ìîäåëè ñòîëêíîâåíèÿ äâóõôàçíûõ âåòðîâ.// ÀÆ, òîì 80, N 1, ñòð. 3542, 2003.
Ëèòåðàòóðà
137
[69] Hillier D.J. The eects of electron scattering and wind clumping for early emission line stars.//Astron. Astrophys., vol.247, p.455-468, 1991. [70] Robert C, Moat A.F.J., Seggewiss W. Physical Parameters of Inhomogeneities in Wolf-Rayet Winds.//IAU Symposium No 143: Wolf-Rayet Stars and Interrelations with Other Massive Stars in Galaxies. P. 147 152, 1991. [71] Lepine S. Eects of wind clumping on colliding winds.//IAU Symp. N 163. Wolf-Raet Stars: Binaries, Colliding Winds, Evolution. Edited by Karel A. van der Hucht and Peredure M. Williams, p.411-415, 1995. [72] Richsrd L. White and Wan Chen. Theory and observations of nonthermal phenomena in hot massive binaries.//IAU Symp. N 163. WolfRaet Stars: Binaries, Colliding Winds, Evolution. Edited by Karel A. van der Hucht and Peredure M. Williams, p. 438447, 1995. [73] Àëëåí Ê.Ó.//Àñòðîôèçè÷åñêèå âåëè÷èíû. Ìîñêâà, "Ìèð", 1977. [74] Êàïëàí Ñ.À., Ïèêåëüíåð Ñ.Á.// Ìåæçâ¼çäíàÿ ñðåäà. Ì. Ãîñ. èçä-âî ôèç-ìàò. ëèòåðàòóðû. 1963. [75] Ëàíäàó Ë.Ä., Ëèâøèö Å.Ì.//Òåîðåòè÷åñêàÿ ôèçèêà. Ò. VI. Ãèäðîäèíàìèêà. Ì. "Íàóêà". 1986. [76] Ïèêåëüíåð
Ñ.Á.
//Îñíîâû
êîñìè÷åñêîé
ýëåêòðîäèíàìèêè.
Ôèçìàòãèç. 1966. [77] Øêëîâñêèé È.Ñ., 1976, Ñâåðõíîâûå çâ¼çäû. Ì. "Íàóêà". [78] Øàôðàíîâ Â.Ä. //Æóðí. ýêñïåðèì. òåîð. ôèç. 1957. Ò.32. Ñ.1453. [79] Ñïèòöåð Ë.// Ôèçèêà ïîëíîñòüþ èîíèçîâàííîãî ãàçà. Ì., Èçä-âî èíîñòðàííîé ëèòåðàòóðû, 1957. [80] Yuan W., Kawai N., Yoshida A. et al. New Horizon of X-ray Astronomy.// Eds. Makino F., Ohashi T. Tokio: Universal Academy Press, Inc., 1994. P. 447.
Ëèòåðàòóðà
138
[81] Àëåêñàíäðîâà Î.Â., Áû÷êîâ Ê.Â., Ñåéôèíà Å.Â. Ïðîèñõîæäåíèå ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ SS433 â ãèäðîäèíàìè÷åñêîé ìîäåëè.// ÀÆ, òîì 74, N 5, ñòð. 731739, 1997. [82] Çåëüäîâè÷ ß.Á., Ðàéçåð Þ.Ï.// Ôèçèêà óäàðíûõ âîëí è âûñîêîòåìïåðàòóðíûõ ãèäðîäèíàìè÷åñêèõ ÿâëåíèé. Ôèçìàòãèç. 1963. [83] Êëèìèøèí È.À.//Óäàðíûå âîëíû â îáîëî÷êàõ çâåçä. Ì. "Íàóêà". 1984. [84] Èìøåííèê Â.Ñ., Íàäåæèí Ä.Ê. // Àñòðîí. æóðí. 1964. Ò.41. Ñ.829. [85] Zhekov S.A., Palla F., Myasnikov A.V. // Monthly Not. Roy. Astron. Soc., 1994, V.271, P.667. [86] Áû÷êîâ Ê.Â., Ñåéôèíà Å.Â. // Àñòðîí. æóðí. 1994. Ò.71. Ñ.870. [87] Arnaud M., Rothenug R. // Astron. Astrophys. Suppl. 1985. V.60. N.3. P.425. [88] Mewe R., Gronenshield E.H.B.M.// Astron. Astrophys. Suppl. 1981. V.45. P.11. [89] Mewe R., Gronenshield E.H.B.M., van den Oord G.H.J. // Astron. Astrophys. Suppl. 1985. V.62. N.2. P.197. [90] D.T. Woods, J.M. Shull, C.L. Sarazin.// Recombination coecients for iron ions. Astrophysical Journal. Volume 249. October. 1981. P. 399401. [91] Mewe R., Schrijver J. // Astron. Astrophys. Suppl. 1978. V.65. N.2. P.99. [92] Pollock A.M.T..The X-ray view of the Wolf-Rayet stars.//IAU Symp. N 163. Wolf-Raet Stars: Binaries, Colliding Winds, Evolution. Edited by Karel A. van der Hucht and Peredure M. Williams, p. 429-437, 1995.
Ëèòåðàòóðà
139
[93] Eenens P.R.J., Williams P.M. New analysis of Wolf-Rayet infrared lines.//IAU Symp. N 163. Wolf-Raet Stars: Binaries, Colliding Winds, Evolution. Edited by Karel A. van der Hucht and Peredure M. Williams, p. 156-157, 1995. [94] Svetozar A. Zhekov and Stephen L. Skinner. ASCA X-ray emission from colliding wind shocks in the Wolf-Rayet binary WR 140.//Astrophysics Preprint#406. [95] Svetozar A. Zhekov and Stephen L. Skinner. X-Ray Emission from Colliding Wind Shocks in the Wolf-Rayet Binary WR 140.//ApJ, vol. 538, p.808-817, 2000. [96] ×¼ðíûé Ã.Ã.//Òå÷åíèÿ ãàçà ñ áîëüøîé ñâåðõçâóêîâîé ñêîðîñòüþ. Ôèçìàòãèç. 1959. [97] Cohen M., Barlow M.J., Kuhi L.V. Wolf-Rayet Stars. VI. The Nature of the Optical and Infrared Continua.// Astron. Astrophys., vol. 40, p. 291302, 1975. [98] Gehrz R.D. and Hackwell J.A. Circumstellar dust emission from WC9 stars.//ApJ, vol. 194, p. 619-622, 1974. [99] Williams P.M. Dust formation around WC stars.//IAU Symp. N 163. Wolf-Raet Stars: Binaries, Colliding Winds, Evolution. Edited by Karel A. van der Hucht and Peredure M. Williams, p. 335-344, 1995. [100] Williams P.M., van der Hucht K.A. and The P.S. Infrared photometry of late-type Wolf-Rayet stars.//Astron. Astrophys., vol. 182, p. 91-106, 1987. [101] Williams P.M. Observations of colliding-wind eects at long wavelengths: IR to radio.//Wolf-Rayet Phenomena in Massive Stars and Starburst Galaxies. Proceedings IAU Symposium No 193. K.A. van der Hucht, G. Koenigsberger and P.R.J. Eenens, eds. P.267-276, 1999.
Ëèòåðàòóðà
140
[102] Veen P.M., van der Hucht K.A., Williams P.M., Catchpole R.M., Duijsens M.F.J., Glass I.S., Setia Gunawan D.Y.A. A second dust episode of the Wolf-Rayet system WR 19: another long-period WC+O collidingwind binary.// Astron.Astrophys., vol.339, p. L45L48, 1998. [103] van der Hucht K.A., Hidayat B., Admiranto A.G., Supelli K.R., Doom C. The galactic distribution and subtype evolution of Wolf-Rayet stars. III.// Astron.Astrophys., vol.199, p. 217234, 1988. [104] Moat A.F.J., Lepine S. Wind Ingomogenities in Wolf-Rayet Stars. II. Investigation of Emission-Line Prole Variations.//ApJ, vol. 514, issue 2, p. 909931, 1999. [105] Veen P.M., van Genderen A.M., van der Hucht K.A., Li A., Sterken C., Dominik C. WR 121 obscured by a dust cloud: the key to understanding occasional eclipses of dusty Wolf-Rayet WC stars?// Astron.Astrophys., vol.329, p.199212, 1998. [106] Crowther P.A. Remarcable spectral variability in WR 104 (WC9): dust condensation in a hostile environment?//MNRAS, vol. 290, L59L63, 1997. [107] Tuthill P.G., John D.M., Danhi W.C. A dusty pinwheel nebula around the massive star WR104.//Nature, vol. 398, p. 487489, 1999. [108] Regland, Richichi.//IAU No. 169, Heidelberg, 1998. [109] Williams P.M., van der Hucht K.A. Bouchet P., Spoelstra T.A.Th., Eenens P.R.J., Geballe T.R., Kidger M.R. and Churchwell E. Condensation of dust around the Wolf-Rayet star WR 125.//MNRAS, vol. 258, p. 461472, 1992. [110] Williams P.M., van der Hucht K.A. Kidger M.R., Geballe T.R. and Bouchet P. The episodic dust-maker WR 125II. Spectroscopy and photometry during infrared maximum.//MNRAS, vol. 266, p. 247254, 1994.
Ëèòåðàòóðà
141
[111] Marchenko S.V., Moat A.F.J, Grosdidier Y. Dust formation in the hot massive binary HD 192641=WR 137 (WC7+OB).//ApJ, vol. 522, issue I, p. 433439, 1999. [112] Marchenko S.V., Moat A.F.J, Grosdidier Y. Dust-formation episode of the long-period WC+O binary WR 137: direct imaging with HSTNICMOS2.// Wolf-Rayet Phenomena in Massive Stars and Starburst Galaxies. Proceedings IAU Symposium No 193. K.A. van der Hucht, G. Koenigsberger and P.R.J. Eenens, eds. P.368369, 1999. [113] Zubko V.G. On the physical model of dust around Wolf-Rayet stars.// MNRAS, vol. 295, p. 109118, 1998. [114] Annuk K. Spectroscopic observations of the long-period Wolf-Rayet binaries HD 193793 and HD 192641.//IAU Symposium No 163: p. 231 234, 1995. [115] Hackwell J.A., Gehrz R.D., Smith J.R. Infrared light variations of WolfRayet stars.//ApJ, vol.210, p.137-142, 1976. [116] Czyzak S.J., Hirth J.P., Tabak R.G. The formation and properties of grains in the interstellar medium.//Vistas in Astronomy, vol. 25, pt. 4, p. 337382, 1981. [117] Allen D.A, Swings J.P., Harvey P.M. Infrared Photometry of Nothern Wolf-Rayet stars.//Astron.Astrophys., vol. 20, p. 333336, 1972. [118] Salpeter E.E. Nucleation and growth of dust grains.//Aph.J., vol. 193, p. 579584, 1974. [119] Salpeter E.E. Formation and destruction of dust grains.//Ann. Rev. Astron. and Astroph., vol. 15, p. 267293 , 1977. [120] Harries T.J., Hillier D.J., Howarth I.D. A spectropolarimetric survey of northern hemisphere Wolf-Rayet stars.//MNRAS, vol. 296, p. 1072 1088, 1998.
Ëèòåðàòóðà
142
[121] Williams P.M., Antonopoulou E. Cooling of the newly condensed shell around HD 193793.//MNRAS, vol. 187, p. 183185, 1979. [122] Moat A.F.J., Lamontagne R., Williams P., Horn J., Seggewiss W. An eight-year spectroscopic orbit for the WC7+O4 Wolf-Rayet binary HD 193793: toward solving the mystery of the infrared outbursts.//ApJ, vol. 312, p. 807811, 1987. [123] Usov V.V. Stellar wind collision and dust formation in long-period, heavily interacting Wolf-Rayet binaries,//MNRAS, vol. 252, p. 4952, 1991. [124] Cohen M. An IRAS-based search for new dusty late-type WC WolfRayet stars.// Astrophys. J. Suppl. Ser., vol. 100, p. 413432, 1995. [125] Ñîáîëåâ Â.Â. Êóðñ òåîðåòè÷åñêîé àñòðîôèçèêè. Ì. "Íàóêà", 1967. [126] Fitzpatrick E.L., Savage B.D., Sitko M.L. Ultraviolet, visual, and infrared observations of the WC7 variable HD 193793.//ApJ, vol. 256, p. 578593, 1982. [127] Lambert D.L., Hinkle K.H. A high-resolution infrared spectrum of the Wolf-Rayet star HD 193793.//Publications of the Astronomical Society of the PAcic, vol. 96, p. 222225, 1984. [128] Ãîëîâàòûé Â.Â., Ñàïàð À.À., Ôåêëèñòîâà Ò.Õ., Õîëòûãèí À.Ô. Àòîìíûå äàííûå äëÿ ñïåêòðîñêîïèè ðàçðåæåííîé àñòðîôèçè÷åñêîé ïëàçìû. Òàëëèí, 1991.