Введение к работе
з
Актуальность темы
Околозвездные оболочки двойных звезд являются достаточно распространенным явлением. Чаще всего рассматривается оболочка, представляющая собой остаток протозвездного облака, аккрецируемый двойной звездой на ранних стадиях ее эволюции. На продвинутых стадиях эволюции двойную систему также может окружать оболочка, возникшая за счет звездного ветра с одного или обоих компонентов. Кроме того, возможно возникновению третьего типа околозвездных оболочек, формируемых за счет газа, выброшенного из тесной двойной звезды (ТДС) в процессе массообмена.
В ТДС происходит обмен веществом, сопровождающийся процессами аккреции. Если аккрецирующий компонент такой системы является компактным объектом - белым карликом, нейтронной звездой или черной дырой, вещество, покинувшее звезду-донор, не может непосредственно упасть на звез-ду-аккретор, так как имеет избыток углового момента. Это приводит к формированию аккреционного кольца, которое в дальнейшем расширяется по радиусу в обоих направлениях, образуя аккреционный диск. Подобное расплы-вание обусловлено перераспределением углового момента вещества, составляющего аккреционный диск. Часть вещества теряет угловой момент и приближается к аккретору, падая на него, другая же часть приобретает при этом угловой момент и удаляется от аккретора, увеличивая радиус аккреционного диска.
В стационарном случае аккреционный диск в ТДС постоянно подпиты-вается веществом от звезды-донора с некоторым угловым моментом, и, следовательно, для обеспечения его стабильного состояния должны действовать механизмы, обеспечивающие постоянный отвод избыточного углового момента за пределы системы. С физической точки зрения, подобный ОТВОД МО-
жет идти двумя путями: путем перевода кинетической энергии вещества в иную форму, например, в тепловую энергию или энергию магнитного поля, либо путем перераспределения, когда излишек момента уносится в пространство вместе с частью вещества.
Необходимость отвода углового момента вместе с веществом становится очевидной, если рассмотреть эволюцию аккреционного кольца. Кольцо, расширяясь, постепенно увеличивает свой внешний радиус, однако это расширение не беспредельно - для аккреционного диска существует т.н. радиус последней устойчивой орбиты, за пределами которого вещество уже не может принадлежать исключительно аккретору [1]. Неизбежно выходя за пределы этого радиуса, вещество покидает аккреционный диск и становится частью околозвездной оболочки системы, унося угловой момент.
Исследование, проведенное в настоящей работе, показало, что в результате потери вещества аккреционным диском вокруг ТДС формируется достаточно протяженная и плотная околозвездная оболочка. Изучение околозвездных оболочек важно, прежде всего, для интерпретации наблюдений, так как оболочки могут иметь существенную оптическую толщину. Также околозвездные оболочки могут оказывать заметное влияние на процессы перераспределения момента и массы компонентов двойной звезды, что делает их изучение важным для построения эволюционных сценариев двойных звезд.
Цель диссертации
Целью диссертационной работы является исследование структуры и динамики околозвездной оболочки тесной двойной системы. Исследование проводилось при помощи трехмерного численного газодинамического моделирования. В работе решались следующие основные задачи:
1. Создание трехмерной численной модели для исследования околозвездной оболочки с высоким пространственным разрешением.
Численное моделирование газодинамики околозвездной оболочки является технически достаточно сложной задачей. Трудности моделирования, обусловлены, прежде всего, большими размерами расчетной области, в которой необходимо проводить моделирование. Поскольку пространственное разрешение должно быть достаточно высоким, для моделирования требуется большое количество узлов разностной сетки и задача становится чрезвычайно ресурсоемкой. Решение подобной задачи стало возможным только в последние годы с появлением массивно-параллельных супер-компьютеров.
2. Исследование механизма образования околозвездной оболочки в
тесных двойных звездах.
Одной из основных целей диссертационной работы является изучение перераспределения углового момента в аккреционном диске и процесса формирования оболочки из вещества, покидающего систему.
3. Исследование структуры околозвездной оболочки.
Наличие сложной картины течения в ТДС в процессе обмена веществом приводит к формированию нестационарной оболочки с неравномерным распределением вещества. Целью этой части работы было исследование структуры оболочки с последующим определением ее основных параметров.
4. Оценка влияния околозвездной оболочки на наблюдательные прояв
ления компонентов тесной двойной системы.
Для исследования влияния оболочки на наблюдательные проявления необходимы расчеты оптических свойств оболочки, учитывающие неравномерность распределения вещества.
Научная новизна
В диссертационной работе впервые при помощи трехмерного численного моделирования газодинамики с высокой степенью детализации исследована картина течения вещества в околозвездной оболочке тесной двойной системы.
Обнаружено, что взаимодействие эллиптичного аккреционного диска с отошедшей ударной волной, формирующейся перед аккреционным диском вследствие орбитального движения системы, приводит к периодическому оттоку вещества из аккреционного диска и околодискового гало через окрестность точки Лагранжа Ьз. Как следствие, пополнение оболочки двойной звезды происходит не в результате стационарного истечения, а посредством выбросов вещества из окрестности точки Лагранжа Ьз.
По результатам трехмерных расчетов определена структура и параметры околозвездной оболочки. Показано, что для типичных ТДС оболочка может оказывать существенное влияние на наблюдательные проявления системы.
Практическая значимость
Основные результаты диссертационной работы, определяющие ее практическую и научную значимость, опубликованы в авторитетных научных изданиях. Проведенные исследования структуры и динамики течения позволили не только исследовать механизм формирования оболочки, но и провести оценку ее оптических свойств. Результаты численного моделирования уже используются при интерпретации наблюдательных данных как у нас в стране, так и за рубежом.
Апробация результатов
Результаты диссертации докладывались и обсуждались на семинарах Института астрономии РАН, а также были представлены на российских и международных конференциях «Параллельные вычислительные технологии — 2007» (ЮУрГУ, г. Челябинск, 2007), «Всероссийская астрономическая кон-ференция — 2007» (Казанский ГУ, г. Казань, 2007), «JENAM-2007» (г. Ереван, Армения, 2007), «Ультрафиолетовая вселенная — 2008» (ГАИШ, г. Москва, 2008), «Interacting Binaries: Accretion and Syncronization» (KpAO, Украина, 2008), «Space plasma physics» (г. Созополь, Болгария, 2008). Также
результаты работы докладывались на ежегодной конференции молодых ученых ИНАСАН (2006, 2007 и 2008 гг.).
Объем и структура диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Число страниц - 121, рисунков - 36, наименований в списке литературы - 81.
