Взаимодействие остатков вспышек сверхновых с межзвездной средой Бычков, Константин Вениаминович

Введение к работе

I. Тема исследования и актуальность проблемы. Івгор поставил задачу выяснить наблюдательные проявления остатков сверхновых на рзных стадиях эволюции. Отличив предлагаемой работы¹ от других, выполненных на эту тему, заключается в юдробном анализе косвенных проявлений каждой теоретической стадии торможения: адиабатической, радиатявной и стадии с іротиводавлением. Как известно, пока скорость V ударной волны, зызЕанной разлётом туманности, превышает 25U км/сек, газ позади >ронта расширяется адиабатически, при V^ 180 км/сек начинается мсвечивание, а при V< 50 км/сек наступает стадия с противо-(авлением. Скорость фронта является основным параметром, по кото->ому проводится классификация остатков сверхновых.

Необходимость подхода, предложенного автором, определяется «возможностью'прямого измерения скорости разлёта. Отсутствие рядах сведений о нахождении остатка сверхновой на той или иной тадии торможения заставляет вести анализ совокупности косвенных энных, для интерпретации которых, з свою очередь, необходимо делать определённые предположения об эволюции наблюдаемых араметров. Иными словами, величина скорости разлёта, которую ы кладём в основание модели, сама является следствием модели целом.

С целью преодоления указанной трудности, автор решил пестреть эволюционную модель остатков сверхновых, в которой учитыва-ась бы по возможности полная совокупность наблюдений в радио-, этическом и рентгеновском диапазонах спектру, пространственная груктура излучения, его поляризация и другие характеристики, зализация этой программы и является основным содержанием работы.

Количественная интерпретация наблюдений требует расчётов высвечивания разреженного газа позади фронта ударной волны с учёто всех основных факторов, определяющих пространственную структуру и спектр излучения разреженного газа: нестационарность нарушение теплового равновесия меаду атомно-ионной и электронной компонентами плазмы внутри фронта, а также влияние электронной плотности на скорости ударной ионизации и охлаждения. Результаты расчётов применены автором к конкретным проблемам остатков сверхновых, но они имеют самостоятельное значение и могут быть использованы в любых задачах о нестационарном высвечивании разреженного атомно-ионного газа.

2. Основные цели работы.

Цель диссертации - построение модели остатков сверхновых о учётом реальной структуры межзвёздного газа на стадиях адиабатического торможения, торможения с высвечиванием и стадии с против одавлением.

Рассматриваются следующие задачи:

модель остатка сверхновой на адиабатической стадии, удовлетворяющая совокупности рентгеновских, оптических и радио-наблюдений;

теория нестационарного высвечивания разреженного газа за фронтом ударной волны, движущейся со скоростью от 50 до 150 км/сек, и расчёт ударного свечения водорода при скоростях фронта до 300 км/оек;

зависимость между диаметром остатка сверхновой и интенсивностью его нагеплового радиоизлучения на адиабатической и радиативной стадиях разлёта;

- предсказание пространственной структури а интенсивности оптического излучения остатков сверхновых на ридиативной стадии и пространственной структуры их нетеплового радиоизлучения на стадии с противодавлением.

3. Научная новизна и практически ценность.

Автором предложена новая модель разлёта атмосферы сверхновой в межзвёздной среде с учётом реальной многокомпонентной структуры межзвёздного газа - наличия в нём разреженной фазы и плотных облаков. В рамки модели естественно укладываются наблюдения остатков сверхновых на адиабатической стадии тормояения в радио-, рентгеновской и оптической областях спектра, она не сталкивается с трудностями моделей, в которых рассматривается эволюция только разреженной фазы. Подход и результаты исследования остатков сверхновых применимы и к другим проблемам динамики межзвёздного газа, так как облачная структура межзвёздного газа на разных масштабах является его неотъемлемым свойством.

Для количественной интерпретации пространственной структуры и спектра излучения остатков сверхновых на адиабатической стадии, з также .для предсказания их свойств на радиатизноа стадии автором троведены нозые расчёты высвечивания ударных волн в диапазоне скоростей фронта от 50 до 150 км/сея. В отличие от других расчётов той же задачи учтены нарушения теплового равновесия внутри эронта мезду электронной и атомно-иокной компонентами газа. Пол-юта принимаемых во внимание физических процессов позволяет вести расчёты в широких диапазонах степени ионизации невозмущённого га-:а и содержания в нём химических элементов. Таким образом, можно :олучать теоретические результаты, пригодные для количественного

-ПК

сравнения с детальными наблюдениями. Получено количественное согласие двухкомпонентной модели с наблюдениями адиабатических остатков сверхновых. Результаты расчётов применимы к любым астрономическим объектам, где речь идё о движении ударнях волн по разреженному газу в указанном диапазоне скоростей.

Представления об обжати? плотных облаков горячим разреженным газом впервые применены автором для объяснения пространственной структуры и зависимости "поверхностная яркость-диаметр" нетепло-вого радиоизлучения остатков сверхновых на адиабатической стадии торможения. Впервые предсказаны изменения свойств их радиоизлучения при переходе на радиативную стадию.

Впервые рассмотрены пространственная структура и интенсивность оптического излучения остатков сверхновых на радиативной стадии торможения, получен вывод о том, что оптическое излучение должно исходить из квазиоднородной оболочки, отсутствующей на адиабатической стадии, и волокон ( иной природа, чем на адиабатической стадия ), Впервые предложен метод определения скорости разлёта остатков сверхновых на радиативной стадии по дишлеровс-ким сдвигам эмиссионных линий, излучаемых квазиоднородной оболочкой.

Впервые поставлен вопрос о физических процессах на стадии с противодавлением. Предсказаны переход с радиативного на адиабатический режим и увеличение относительной толщины оболочки по мере торможения.

4. Апробация результатов.

Результаты, изложенные в диссертации, неоднократно докладывались на семинарах ИКИ АН СССР, ГЙИД МГУ, ИТЭФ, теоретического

отдела ФИАН, на семинарах астрофизического отдела ЛФТИ, ЛГУ", на заседаниях рабочей группы по физике межзвёздной среда.

5.Основные положения и результаты, выносимые на защиту.

1. Модель остатков сверхновых на адиабатической стадии торможения с учётом двухкомпонентной структуры межзвёздной среды -присутствия в ней разреженного газа и плотных компактных облаков. В рентгеновском диапазоне и в широких крыльях линий зодорода излучает разреженный газ за фронтом передней ударной волны, вызванной общим разлётом остатка сверхновой, а оптическое излучение в узких ядрах водородных линий, в запрещённых ( не корональних ) линиях других химических элементов и оболочечная часть нетеплового радиоизлучения определяются облаками, обжатыми горячим газом.

2. Теория нестационарного высвечивания межзвёздного газа за фронтом ударной волны в диапазоне скоростей фронта от 50 до 150 гац/сек, учитывающая нарушение теплового равновесия между электронной и атомно-ионной компонентами газа внутри фронта, доминирова-іие возбуждения дискретных уровней наиболее обильных химических элементов»в процессе радиационного охлаждения и влияние элекгрон-юй плотности на скорости ударной ионизации и охлаждения в разре-юнных переходах атомов и ионов с низколежащими мегастабилышми 'ровнями.

3. Количественное сравнение модели двухкомпонентной струк-
уры остатков сверхновых на адиабатической стадии с наблвдениями
ространственной структуры и спектра оптического излучения наибо-
ее изученных источников.

Ц.. Модель предполагаемой пространственной структуры оптичес-ого излучения остатков сверхновых на радиативной стадии торможе-

ния, предсказывающая присутствие квазиоднородной оболочки ( её нет на адиабатической стадии ), по которой маяно измерить скорость разлёта остатка сверхновой; оболочка должна быть видна, пока скорость разлёта превнпает 60 км/сек.

5. Модель нетеплового радиоизлучения остатков сверхновых, объясняющая их пространственную структуру и зависимость "поверхностная яркость-диаметр" на адиабатической стадииии предсказывающая изменение их морфологии и зависимости радяосветимости от диаметра при переходе на радиативную стадию.

6. Модель остатка сверхновой на стадии с противодавлением.

7. Гипотезу об увеличении относительной толщины оболочки в радиолучах по мере торможения оболочечного остатка сверхновой на стадии с противодавлением.