Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА I. ЗВЕЗДЫ ТИПА AM ГЕРКУЛЕСА : НАБЛВДЕНИЯ И ИНТЕРПРЕ
ТАЦИЯ 9
1.1. Долговременные изменения AM Геркулеса 9
1.2. Орбитальные кривые блеска . 10
1.3. Быстрая переменность 14
1.4. Спектральные наблюдения 17
1.5. Поляризация излучения 20
1.6.'Излучение в рентгеновском и ультрафиолетовом
диапазонах 22
1.7. Радиоизлучение 26
1.8. Другие звезды типа AM Геркулеса 27
1.9. Определение телесного угла спутника, заполняющего
свою полость Роша . . 33
1.10. Зависимость период-масса длялсатаклизмических
переменных -.--. 35
I.II. Физические характеристики аккреционных колонн . . 44
1.12.Стандартная модель звезд типа АЇ/І Геркулеса ... 47
ГЛАВА 2. ФОТОГРАФИЧЕСКИЕ НАБЛВДЕНШ 49
2.1. Методика наблюдений АЫ Геркулеса 49
2.2. Изменение светимости AM Геркулеса 52
2.3. Индивидуальные кривые блеска AM Геркулеса . . . . 58
2.4. Изменение фотометрического периода AM Геркулеса . 62
2.5. Корреляции между характеристиками индивидуальных
кривых блеска 66
2.6. Фотометрическое исследование mv Лиры 73
2.7. Фотометрическое исследование jo Андромеды .... 78
2.8. Фотометрическое исследование объекта Е 2003+225 . 81
Стр.
ГЛАВА 3. ИЗЛУЧЕНИЕ АККРЕЦИОННЫХ КОЛОНН 85
3.1. Циклотронное излучение 85
3.2. Расчет оптической толщины и эффективной ширины
аккреционной колонны 86
3.3. Спектральные и поляризационные свойства аккре
ционных колонн 91
3.4. Интегральное излучение в линиях 95
3.5. Профили эмиссионных линий, возникающих в аккре
ционной колонне 100
3.6. Влияние наклона аккреционной колонны к поверх
ности компактной звезды на асимметрию орбиталь
ных кривых 105
3.7. Модель "полярной шапки" для источника мягкого
рентгеновского излучения III
ГЛАВА 4. ПЕРЕНОС МАССЫ И МОМЕНТА ИМПУЛЬСА В СИНХРОННЫХ
МАГНИТНЫХ ТЕСНЫХ ДВОЙНЫХ СИСТЕМАХ 119
4.1. Модель переходной зоны между полостями Роша ком
понентов 119
4.2. Зависимость скорости аккреции от ориентации маг
нитного поля 124
4.3. Зависішость Mj от функции распределения .... 126
4.4. Зависішость физических характеристик поляров от
орбитального периода и проверка самосогласован
ности модели 130
4.5. Вычисление моментов сил, связанных с аккрецией . 134
4.6. Зависішость момента сил от функции распределения 138
4.7. Зависимость момента сил от ориентации диполя . . 138
4.8. Колебания магнитной оси диполя вблизи положения
равновесия 141
4.9. Оценка периода колебаний диполя в МТДС 143
4.10.Дополнительный критерий самосогласованности мо
дели 145
4.II. Учет влияния магнитостатического взаимодействия 145
4.12. Наблюдательные проявления эффекта влияния маг
нитного поля 148
ГЛАВА 5. ДВИЖЕНИЕ ПЛАЗМЫ В АСИНХРОННЫХ МТДС И ИХ ЭВОЛЮ
ЦИОННЫЙ СТАТУС 150
5.1. Постановка задачи 150
. 5.2. Уравнения движения 151
5.3. Траектории движения пробных частиц 154
5.4. Зависимо-сть граничной скорости от отношения
масс и параметра асинхронности 155
5.5. Учет кривизны силовых линий 157
5.6. Аккреция при о) = 0 и 6->90 163
5.7. Зависимость времени движения плазмы от внутренней точки Лагранна до замагниченной звезды
в случае синхронизации 165
5.8. Изменение орбитального периода 169
5.9. Синхронизация орбитального и вращательного дви
жений замагниченного белого карлика 171
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 173
ЛИТЕРАТУРА . . 176
ПРИЛОЖЕНИЕ I. Характеристики двойных систем с заполняющим
свою полость Роша спутником 199
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Результаты фотографических наблюдений ... 204
ПРИЛОЖЕНИЕ З. Характеристики излучения аккреционных ко
лонн 233
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Характеристики процесса переноса массы и
момента импульса 254
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Характеристики движения плазмы 259
ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Подпрограммы математического обеспечения
на языке ФОРТРАН-ІУ 279
Введение к работе
Актуальность проблемы. Одним из важнейших направлений современной астрофизики является исследование строения и эволюции тесных двойных систем. Интерес к этой проблеме возрос в последнее десятилетие в связи с развитием рентгеновской астрономии на базе специализированных космических летательных аппаратов. В ряду таких экзотических источников, как Лебедь X-I, Паруса X-I, Крабовидная туманность, барстеры, HZ Геркулеса, ss Лебедя, ss 433»немаловажное место занимают звезды типа AM Геркулеса. Излучение этих объектов характеризуется наличием значительной поляризации, переменностью рентгеновского, оптического и инфракрасного потока. В спектре преобладают эмиссионные линии со сложной структурой. Периоды лежат в интервале 80 - 120 минут, за исключением рентгеновского источника Е 2003+225 и самой AM Геркулеса с трехчасовыми периодами. Предложенные с момента открытия пекулярных свойств этих систем в 1976 году модели показывают, что объекты являются ультракороткопериоди-ческими двойными системами с заполняющим свою полость Роша невырожденным спутником и белым карликом. Наличие сильного маг-
нитного поля компактного объекта (~10 гс) является отличительной особенностью этих систем,'приводя к качественно новым эффектам по сравнению с другими катаклизмическими переменными. В 1978 году в Одесской астрономической обсерватории были начаты регулярные наблюдения AM Геркулеса, а в последствии и ряда других аналогичных объектов. В соответствии с новой системой классификации переменных звезд (П.Н.Холопов [43]), объекты типа AM Геркулеса (часто называемые' "полярами") выделены в особую группу, обозначаемую ХМ (рентгеновские магнитные). На Всесоюзном совещании по координации рентгеновских, оптических и
радио- наблюдений (Москва, 1982) пять звезд типа ХМ были включены в Программу кооперативных исследований; была отмечена важность и актуальность теоретических исследований влияния магнитного поля на процесс аккреции в тесных двойных системах. В рамках Проблемной комиссии многостороннего сотрудничества АН социалистических стран "Физика и эволюция звезд" была создана рабочая группа 5.3 "Рентгеновские двойные системы".
Интенсивные комплексные исследования астрофизиков разных стран показали сильную зависимость формы орбитальных кривых блеска и поляризации от длины волны, что потребовало дальнейшего развития оценочных или качественных представлений о структуре аккреционного потока в объектах типа AM Геркулеса. Определение физических характеристик этих систем является ванным как для астрофизики (теория строения и эволюции двойных звездных систем), так и для физики плазмы (изучение поведения вещества в недостижимых для лабораторных исследований условиях.
Основными свойствами модели магнитной тесной двойной системы (МТДС) являются следующие : а) невырожденный спутник заполняет свою полость Роша; б) внутренняя точка Лагранна находится внутри магнитосферы компактной звезды; в) вещество движется вдоль магнитных силовых линий. В синхронной МТДС характерное время изменения ориентации диполя значительно превышает орбитальный период; эти изменения носят характер прецессии. В асинхронных МТДС угловые скорости орбитального и вращательного движений белого карлика не совпадают.
Развитие теории аккреции в магнитных тесных двойных системах должно помочь пониманию природы звезд типа AM Геркулеса, определению их эволюционного статуса.
На защиту выносятся :
Результаты фотографического исследования AM Геркулеса, т Лиры, 10 Андромеды и Е 2003+225 в "активном", "промежуточном" и "неактивном" состояниях. Обнаружено циклическое изменение фотометрического периода AM Геркулеса в 1976-1983 гг.; получена зависимость формы кривой блеска AM Геркулеса в желтых лучах от светимости в "активном" состоянии 1978-1979 гг. ; определены продолжительности переходных состояний; обнаружено увеличение амплитуды флуктуации блеска в "промежуточном" состоянии, у АН Геркулеса этот эффект сильнее выражен в желтой области спектра.
Результаты теоретического исследования спектральных и поляризационных свойств излучения аккреционных колонн, находящихся в магнитном поле, с учетом неоднородности распределения плотности. Показано, что "эффективней радиус" колонны является функцией как частоты излучения, так и угла между осью колонны и лучом зрения. Полученные фазовые зависимости интегральных характеристик возникающих в аккреционной колонне эмиссионных линий позволяют проверить применимость модели наблюдениями. Учет наклонности аккреционной колонны позволяет объяснить наблюдаемую асимметрию орбитальных кривых потока от рентгеновского до инфракрасного, поляризации и лучевых скоростей. Показано, что для интерпретации орбитальной кривой потока мягкого рентгеновского излучения необходимо учитывать поглощение в колонне и протяженность источника над поверхностью белого карлика.
3. Результаты исследования процесса переноса массы и мо
мента импульса через переходную зону между полостями Роша ком
понентов с учетом влияния магнитного поля. Получены аналитиче
ские выражения для этих величин. Показано, что аккреция макси-
мальна, когда угол в между магнитной осью и линией центров равен нулю, и резко уменьшается при <9-*90. Момент сил, связанный с переносом вещества, равен нулю при 9 - 0 и 9 = 90, однако равновесным является только второе положение. Также рассмотрено влияние магнитостатического взаимодействия. Показано, что резкое уменьшение пропускной способности "магнитного клапана при -»90 приводит к возникновению нестабильности аккреционного потока и "раскачке" колебаний магнитной оси белого карлика.
4. Результаты анализа движения плазмы в асинхронных МТДС. Показано, что существует некоторая граничная скорость ifrP такая, что при if < гГгр, где v - начальная скорость истечения плазмы из внутренней точки Лагранжа (отсчитываемая в направлении от белого карлика), вещество аккрецирует на компактный объект. При v > угр плазма разгоняется магнитным полем до границы магнитосферы и теряется системой. Численно рассчитана зависимость угр от параметра асинхронности и отношения масс. Показано, что МТДС с большими значениями параметра асинхронности находятся на стадии "пропеллера" и синхронизируются за время ts <Ю3 лет.
По теме диссертации опубликовано 15 статей [I-I5] .
Примечание. В Главе 2, кроме собственных, были использованы: фотографические наблюдения, полученные С.В.Васильевой, А.А.Райковым, С.Н.Удовиченко, М.И.Банным, С.А.Коротиным ( AM Геркулеса), Ю.Б.Яворским (AM Геркулеса и Е 2003+225); оценки блеска, сделанные В.П.Цесевичем (AM Геркулеса) и С.Ю.Шугаровым (MV Лиры); фотопластинки с изображением окрестностей M3I из коллекции А.С.Шарова; патрульные снимки ряда областей звездного неба из Фототек ОАО и ГАИШ.
