Астрономия для любителя Астрономия
Главная
Новости

Астрономия

Солнечная система

Звездное небо

Читальный Зал

Ссылки

Карта сайта



e-mail для связи:
admin(на)astronomus.ru


НОВЫЕ И ПОВТОРНЫЕ НОВЫЕ

Читатель этой серии, по-видимому, знаком с основными характеристиками Новых (см, например: Архи-пова В П Новые М., Знание, 1984). Напомним, что феномен Новых по своим масштабам проявления заметно уступает феномену Сверхновых: если Сверхновые во время максимума вспышки увеличивают свой блеск в миллионы раз, то Новые — в среднем в 10000 раз с энерговыделением “всего” 1046 эрг. В 20-х годах нашего столетия выяснилось, что звезды, вспыхивая как Новые, не разлетаются полностью на осколки; к этому времени также появились сведения о существовании повторных Новых, т. е. звезд, неоднократно вспыхивающих как Новые Наконец, в 50-х годах стало ясно, что звезды, вспыхивающие как Новые, входят в состав тесных двойных систем.

Все это указывало на то, что феномен Новых связан со взрывным процессом, не приводящим к разрушению гидростатического равновесия звезды, являющейся одним из компонентов тесной двойной системы. Впервые термоядерный механизм для объяснения Новых обсуждался еще в 40-х годах в работах советских ученых Л. Э. Гуревича и А. И. Лебединского, которые связывали этот феномен с термоядерным взрывом легких элементов (лития, бериллия и т. д.) на периферийных частях одиночной звезды. В 70-х годах в работах американских астрофизиков получила окончательное развитие современная концепция феномена Новых как взрывного возгорания водорода на поверхности белых карликов при действии аккреции в тесной двойной системе.

Наблюдательные данные говорят о том, что второй компонент в этой системе — холодная красная звезда, с которой на белый карлик перетекает водородно-ге-лиевая смесь, обогащенная углеродом, кислородом и азотом, т. е элементами, участвующими в реакциях углеродно-азотного цикла ядерного горения водорода. Как уже неоднократно подчеркивалось, чтобы началось ядерное горение на дне оболочки, темп аккреции должен быть достаточно небольшим, а кроме того, чем меньше темп аккреции, тем более массивная оболочка накапливается на поверхности белого карлика при аккреции и тем больше энергия, выделяемая при взрывном возгорании водорода.

Надо сказать, что из-за высокой чувствительности термоядерных реакции к температуре физические условия при взрывном возгорании водорода на дне оболочки меняются чрезвычайно быстро, и поэтому при численных расчетах требуется рассматривать очень маленькие временные промежутки. Последнее приводит к значительному количеству машинного времени при использовании ЭВМ в расчетах довольно продолжительного времени процесса, и лишь сравнительно недавно были получены результаты, прояснившие характер развития вспышки Новой, соответствующий наблюдательным данным. Эти данные указывают, что имеются следующие этапы в развитии вспышки Новой: возрастание блеска к болометрическому (по всему спектру) максимуму; возрастание блеска к максимуму в визуальной области спектра; стадия постоянной болометрической светимости; спад блеска. В зависимости от быстроты этого спада Новые подразделяют на быстрые и медленные (правда, у каждого из этих двух типов различается ц возрастание блеска).

На рис. 13 представлен полученный А. Ибеном эволюционный трек белого карлика, ответственного за феномен Новой, на различных этапах ее развития. При темпе аккреции 10-9—10-10 Мс в год на достаточно массивный (около 1 Mс) углеродно-кислородный белый карлик при необходимом накоплении аккрецируемой оболочки водород возгорается на ее дне в таких условиях, которые приводят к тепловой неустойчивости ядерного горения. В результате быстрого повышения температуры (до 0,2 млрд. К) в зоне ядерного горения развивается сильная конвекция, способная эффективно переносить энергию к наружным слоям. Поскольку время кон-вективного переноса незначительно, оболочка белого карлика не успевает заметно расшириться, что и обусловливает общее (болометрическое) увеличение светимости Новой на лервом этапе. На диаграмме светимость — эффективная температура (см. рис. 13) белый карлик передвигается вверх влево.

После того как энерговыделение от ядерного горения водорода достигнет своего максимального значения, оболочка белого карлика начнет заметно расширяться, и он попадает в область красных (желтых) гигантов на диаграмме Герцшпрунга—Рессела На теоретической диаграмме светимость — эффективная температура (см рис. 13) белыи карлик передвигается в сторону более низких температур, что вызвано расширением его оболочки Когда звезда достигает максимума блеска в визуальной области спектра, она на диаграмме Герцшпрун-га—Рессела находится в области сверхгигантов спектральных классов F и G У быстрых Новых характерное время достижения максимума визуального блеска иногда составляет всего несколько суток, а у медленных Новых — более 100 сут.

После достижения максимума визуального блеска Новая некоторое время имеет постоянную болометрическую светимость, обеспечивающуюся слоевым источником ядерного горения водорода вокруг вырожденного углеродно-кислородного ядра. Этот этап развития вспышки Новой должен сопровождаться мощным звездным ветром, “сдувающим” значительную часть аккре-цируемой оболочки в окружающее пространство. Если бы этого не было, то после выгорания слоевого источника произошло бы сжатие оболочки, а продолжающаяся аккреция вскоре вызвала бы начало нового цикла вспышки ядерного горения. И хотя обнаружено уже несколько повторных Новых, их существование является все же исключением из общего правила и вызывается специфическими причинами, о чем будет сказано позже.

На потерю значительной части оболочки указывают непосредственные ее наблюдения около системы, где вспыхнула Новая, а также результаты спектроскопических измерений, свидетельствующих о непрерывном выбросе вещества во время вспышки Новой. Наконец, имеется еще одно теоретическое соображение относительно существенной потери массы оболочкой при вспышке Новой. Дело в том, что возгорание водорода становится возможным при накоплении оболочкой за счет аккре-ции массы 10-4 Мс, в то время как энергетика феномена Новой (порядка 1046 эрг) требует, чтобы масса оболочки не превышала 10-6 Mс. Кроме того, если оболочка массой 10-4 Мс выгорала бы полностью, то продолжительность ядерного горения при этом намного превышала бы характерное время вспышки Новой, получаемое из наблюдений.

Каков же механизм сброса оболочки? Он оказался связанным с тем обстоятельством, что ядерное горение водорода в слоевом источнике протекает в условиях вырожденного газа. И если при температурах ниже 7*107 К это горение происходит еще согласно термоядерным реакциям углеродно-азотного цикла, то при повышении температуры, как, наверное, читатель помнит, осуществляется уже “горячий” углеродно-азотный цикл. Однако при достижении некоторого еще более высокого значения температуры электронная составляющая перестает быть вырожденной, и это вызывает быстрое расширение оболочки и потерю массы. При этом происходит потеря энергии, которая “гасит” ядерное го

рение. Этим объясняется как существование мощных вы-•бросов- вещества при вспышках Новых, так и неполное выгорание всей оболочки.

Мощность выброса, как показывают расчеты “горячего” углеродно-азотного цикла, во многом определяется содержанием углерода, азота и кислорода в аккре-цируемой оболочке, т е. элементов, участвующих в термоядерных реакциях этого цикла. Если, например, содержание упомянутых элементов значительно увеличено по сравнению с их содержанием на Солнце, то возможны очень ощутимая потеря оболочки и быстрое развитие вспышки, особенно характерное для быстрых Новых. Проведенные в последнее время исследования химического состава Новых по их спектрам не только показали аномально высокое (по сравнению с солнечным) содержание элементов углеродно-азотного цикла, но и указали на наличие корреляции между содержанием этих элементов и типом Новых (быстрой или медленной).

Однако, как это часто бывает, нет правила без исключения: в оболочке Новой, вспыхнувшей в направлении созвездия Геркулеса в 1934 г. (DQ Геркулеса), содержание этих легких элементов значительно увеличено по сравнению с солнечным, однако по спаду своей кривой блеска эта Новая явно классифицируется как медленная. Это означает, что, кроме химического состава аккрецируемой оболочки, должны существовать еще и другие факторы, влияющие на развитие вспышки Новой. Одним из таких факторов является масса белого карлика, на что впервые указал американский астрофизик Дж. Трурэн, который совместно с С. Кейноуном показал, что различие в массах при одинаковом содержании элементов углеродно-азотного цикла вызывает и различное развитие вспышки Новых. В частности, как мы увидим позже, это обстоятельство объясняет и существование повторных Новых.

Чтобы проиллюстрировать результат, полученный Дж. Трурэном и С. Кейноуном, обратимся к неожиданному на первый взгляд соотношению между радиусом и массой белых карликов: если для обычных звезд чем больше масса, тем больше радиус, то для белых карликов существует обратная зависимость. Но на самом деле ничего странного в этом нет, ведь при большей массе требуется более сильное давление вырожденного газа для равновесной конфигурации, а это давление, как мы знаем, пропорционально плотности, т. е. достигается при большем сжатии белого карлика. Иначе говоря, чем больше масса белого карлика, тем меньше его “радиус, что и требовалось доказать. Как следствие этого факта отметим, что поскольку плотность в звезде увеличивается по направлению к центру звезды, то в случае более массивного (и имеющего меньший радиус) белого карлика плотность на дне аккрецируемои оболочки, необходимая для возгорания водорода, достигается при меньшей массе оболочки.

Надо сказать, что зависимость массы аккрецируемои оболочки, где возгорается водород, от радиуса, а значит, и от массы белого карлика, весьма существенна. Расчеты показывают, что если масса у одного белого карлика меньше в 2 раза, чем у другого (скажем, 0,5 и 1 Mс), то масса его аккрецируемои оболочки, необходимой для возгорания водорода, больше уже в 10 раз. Вот почему даже при одинаковом (с быстрыми Новыми) содержании элементов углеродно-азотного цикла развитие вспышки DQ Геркулеса может так разительно отличаться, если несколько меньше масса белого карлика, ответственного за феномен этой Новой. В частности, американские ученые показали, что более массивная ак-крецируемая оболочка приводит к гораздо более медленному спаду блеска, а с другой стороны, как уже отмечалось, и возгорание водорода в этом случае происходит не столь уж быстро, что обусловливает более медленное возрастание блеска на первых этапах развития вспышки Новой.

Естественно, обратная ситуация возникает в случае маломассивных аккрецируемых оболочек, и в этом заключается суть феномена повторных Новых. Среди последних особенно выделяется RS Змееносца, вспыхивавшая в 1898, 1933, 1958 и 1967 гг., т. е. между ее двумя последними вспышками прошло всего 9 лет. Очевидно, что за такой короткий срок в аккрецируемои оболочке не может накопиться слишком большой массы, а в свою очередь, маломассивная оболочка, как мы знаем, характерна для быстрого возникновения и спада вспы-шечного процесса у массивных белых карликов. Иначе говоря, повторные Новые вызываются аккрецией вещества в тесных двойных системах с белыми карликами очень большой массы, превышающей, возможно, предел Чандрасекхара. Напомним, что этот предел получен для остывающего холодного карлика, однако предельная масса его равновесной конфигурации может заметно превышать 1,4 Mс. (или, вернее, 1,2 с учетом релятивистских эффектов), если белый карлик достаточно горячий (так как это создает дополнительное давление).

Таким образом, характер термоядерного взрыва в аккрецируемои оболочке белого карлика в тесных двойных системах, определяющий кривую блеска Новой, зависит от химического состава аккрецируемого вещества,. характеристик белого карлика (его массы или радиуса,. светимости или эффективной температуры), а также от темпа аккреции. В частности, в случае повторных Новых требуется довольно высокий темп аккреции (порядка 10-7 Мс в год, чтобы RS Змееносца вспыхнула через 9 лет). В заключение отметим, что, несмотря на существование, может, очень массивных белых карликов, масса аккрецируемои оболочки не должна заметно быть меньше 10-6 Мс, поскольку в ином случае, во-первых,. не будет обеспечена энергетика феномена Новых, а во-вторых, ядерное горение водорода станет осуществляться в спокойном режиме, без развития каких-либо взрывных процессов.

Отметим, что недавно в оболочках двух Новых выявилось избыточное содержание неона, алюминия, магния. Возможно, что это вызвано аккрецией на кислород-но-неоно-магниевый белый карлик, но, может, и нарушением “горячего” углеродно-азотного цикла.

 


- Введение

- Ядерное горение водорода

- Другие этапы ядерного горения

- Тесные двойные системы

- Сверхновые: наблюдательные данные

- Феномен сверхновых 1 типа

- Новые и повторные новые

- Катаклизмические и симбиотические звезды

- Рентгеновские барстеры

- Заключение

- Приложение

© ImUgh & leksus copyright 2005-2010 all rights reserved