Введение к работе
Актуальность темы.
Большинство звезд, доступных детальному исследованию, обнаруживают присутствие гравитационно связанных спутников, что, в свою очередь, позволяет говорить о том, что значительная часть всех звезд является двойными. Точное количество двойных звезд во Вселенной неизвестно, однако по некоторым оценкам их доля в общем числе звезд являются преобладающей и может превышать 80% [1]. Уже только этого факта было бы достаточно для самого тщательного исследования этих звезд, однако многие двойные системы обладают еще одним уникальным свойством - их компоненты в ходе эволюции обмениваются веществом. Значение этого эффекта чрезвычайно велико как при рассмотрении эволюционного статуса звезды, так и при интерпретации наблюдательных данных. Уже простейший анализ [1], основанный на оценке общей энергетики одиночной звезды, показывает, что для объяснения наблюдательных данных в коротковолновых диапазонах необходимо включение дополнительных источников энергии. Более детальное рассмотрение [2, 3] свидетельствует, что большинство таких наблюдательных проявлений связано не с одиночными звездами, а обусловлено процессами в двойных системах (обмен веществом, процессы аккреции, аккреционные диски, etc.).
Начиная с пионерских работ [3-5], посвященных изучению двойных звезд, в большинстве последующих исследований, основное внимание уделялось рассмотрению влияния массообмена на эволюцию системы (см., напр., обзоры [6-8]). В этих работах было установлено, что эволюция взаимодействующих двойных систем (ВДС) определяется несколькими основными процессами, а именно: истечением вещества из первичного компонента, аккрецией вещества на вторичный компонент, образованием общих оболочек, а также потерей системой вещества и углового момента. Как правило, исследования эволюции двойных систем опираются на усредненные во времени макрохарактеристики про-
цессов массообмена и не рассматривают детали картины течения вещества в системе [1]. В то же время, теоретические исследования, а также обширный ряд наблюдений, свидетельствуют о наличии сложной динамической структуры течения вещества в ВДС (см., напр., [9-13]). Поскольку регистрируемые наблюдательные проявления отражают текущий статус системы, то для их интерпретации необходимо рассмотрение именно структуры течения. Кроме того, исследование газодинамики перетекания вещества позволяет уточнить общие характеристики массопереноса, и, следовательно, также необходимо и при рассмотрении эволюции системы.
. Цель работы.
Целью работы является проведение исследования переноса вещества во взаимодействующих двойных системах разных типов.
Для исследования картины течения, а также для более детального анализа физических процессов в ВДС, необходимо привлечение методов математического моделирования. В общем случае, в диапазоне характерных для двойных систем параметров, течение многокомпонентного химически и радиационно активного газа должно описываться на микроскопическом уровне при помощи методов неравновесной физико-химической кинетики. С математической точки зрения использование при описании течения вещества системы кинетических уравнений больцмановского типа с источниками чрезвычайно сложно, поскольку в структуру этой системы входят нелинейные интегро-дифференциальные уравнения высокой кратности, что сильно затрудняет возможности аналитического или численного подходов к решению краевых задач для систем такого рода. При исследовании динамической структуры течения вещества в двойных звездных системах возможно существенное упрощение математической модели, поскольку кинетические масштабы изменения состояния рассматриваемого газа (длина свободного пробега), как правило, много меньше характерных масштабов течения (линейные масштабы градиентов), и, соот-
ветствешю, из-за высоких релаксационных свойств среды газ можно рассматривать в приближении локального равновесия по поступательным степеням свободы. Использование данного обстоятельства позволяет свести исходные уравнения к системе моментных уравнений, и, соответственно, рассматривать течение вещества в газодинамическом приближении. Газодинамический подход позволяет рассмотреть характерные макроскопические особенности течения вещества в двойных системах.
Численное моделирование структуры течения вещества в работе проводилось в рамках двумерных и трехмерных газодинамических моделей. В работе преследовались следующие основные цели:
Исследование газодинамики обмена веществом в двойных звездах с компонентами, не заполняющими полость Роша. Рассмотрение структуры течения в симбиотических звездах, где обмен веществом определяется наличием слабого звездного ветра (бриза).
Исследование структуры аккреционного диска в симбиотических звездах. Рассмотрение процесса формирования в диске спиральных ударных волн, и оценка степени их влияния на процессы аккреции.
Исследование морфологии течения в полуразделенных двойных системах. Рассмотрение влияния разреженного межкомпонентного газа системы на структуру газовых потоков.
Исследование области взаимодействия струи вытекающего из окрестности внутренней точки Лагранжа вещества с аккреционным диском.
Исследование влияние межкомпонентного газа системы на параметры массообмена в полуразделенных системах.
Научная новизна.
В работе впервые:
-
В рамках двумерной газодинамический модели исследована картина течения вещества в симбиотических звездах.
-
Рассмотрена структура аккреционного диска в симбиотических звездах. Исследован процесс формирования в диске спиральных ударных волн и проведена оценка степени их влияния на процессы аккреции.
-
Рассмотрены наблюдательные проявления аккреционного диска в симбиотических звездах.
-
Исследована морфология течения в полуразделенных двойных системах. В рамках трехмерной численной модели установлено, что разреженный межкомпонентный газ системы существенно влияет на структуру газовых потоков в системе.
-
Для полуразделенных двойных систем предложена модель течения вещества без "горячего пятна". Сравнения синтезированных кривых блеска с наблюдаемыми подтвердило адекватность модели.
-
Исследовано влияние межкомпонентного газа системы на параметры массообмена в полуразделенных системах.
-
Рассмотрено влияние параметров задачи на картину течения в полуразделенных двойных системах.
Практическая и научная значимость.
Научная и практическая значимость результатов исследований определяется тем, что все основные результаты опубликованы в авторитетных научных журналах и используются в научных и прикладных работах как в нашей стране, так и за рубежом. Имеется множество ссылок на работы автора, многие из которых получили широкую известность, независимое подтверждение и международное признание.
Проведенные исследования морфологии течения и структуры аккреционного диска в симбиотических звездах получили заметный отклик.
Результаты исследования картины течения в полуразделенных двойных системах и предложенная модель течения без "горячего пятна" широко используются при интерпретации наблюдательных данных.
Апробация результатов.
Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на семинарах Института астрономии РАН, Института прикладной математики им. М.В.Келдыша, Института теоретической и экспериментальной физики РАН, Государственного астрономического института им. П.К. Штернберга МГУ, Института космических исследований Каталоньи (г. Барселона, Испания), Института физики (г. Палермо, Италия), Центра национальных исследований (г. Палермо, Италия), Института астрофизики Льежского университета (г. Льеж, Бельгия). Результаты работы также докладывались на следующих российских и международных конференциях: "IAU Symposium No. 165 - Compact stars in binaries" (The Hague, The Netherlands, 1994); "Космион-95" (г. Москва, 1995) "Physical processes in symbiotic binaries and related systems" (Koninki, Poland, 1996); "Космион-96" (г. Москва, 1996); "Современные проблемы фундаментальной и прикладной физики и математики" (г. Долгопрудный, 1996), "Современные проблемы астрофизики" (г. Москва, 1996); "Jenam-97" (Thessaloniki, Greece, 1997).
Публикации.
Основные результаты работы опубликованы в двух монографиях и двадцати трех статьях, список которых приведен в конце автореферата. В ряде совместных работах роль автора является ведущей, в остальных работах участие соавторов в постановке задачи, проведении расчетов и анализе результатов равное. В список положений, выносимых на защиту, включены лишь те результаты и выводы, в которых вклад автора диссертации в проведенные исследования был основным, или, по крайней мере, равным вкладу других соавторов.
Объем и структура диссертации.
Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. Общий объем диссертации 197 стр., включая 55 рисунков, 6 таблиц и список литературы из 177 наименований.