Введение к работе
Актуальность темы. В последнее десятилетие изучение возникновения, распространения и неустойчивости ударных волн (УВ) является одним из важнейших направлений исследований современной астрофизики. Огромный интерес к данной тематике объясняется прежде всего той ролью, которую ударные волны играют в межзвездной или межгалактической среде.
Для описания динамики ударных волн, возникающее в различных астрофизических ситуациях, часто используют автомодельные решения, например, классическое автомодельное решение Седова [9]. В реальных условиях на динамику ударной волны оказывают влияние многочисленные факторы, не учитываемые при по строении автомодельных решений: излучение энергии за фронтом ударной волны, неоднородность среды, наличие ненулевого давления перед фронтом УВ, магнитные поля и многие другие, которые нарушают автомодельность задачи. В подобных ситуациях для поиска нестационарных решений в виде УВ обычно используют различные приближенные аналитические или полуаналитические методы (см., например, [3,11] или обзор [14] ) или же численные методы. Между тем, существует более общий метод аналитического построения решений - групповой анализ дифференциальных уравнений, который открывает новые горизонты исследований в данном направлении. К сожалению, этот метод пока еще не получил широкого распространения в астрофизике.
Исследованию устойчивости УВ посвящена достаточно обширная литература [1,2,4,12,17,18,21,24-30]. С неустойчивостью ударных волн связывают, например, наличие филаментных структур в остатках старых сверхновых или сверхновых среднего возраста, наблюдаемые в оптической области спектра. Неустойчивость ударных волн, образующихся при аккреции, установлена в целом ряде работ [21,25-27] и именно с ней связывают кваоипериодические осцилляции светимости, наблю-
даемые в двойных системах или ядрах активных галактик.
Тем не менее, целый ряд вопросов остался без ответа, и реферируемая диссертация призвана разрешить некоторые из них.
Цель работы состояла: 1) в построении точного аналитического решения задачи о точечном взрыве в расширяющейся среде; 2) в исследовании пространственной устойчивости безударной сферически симметричной аккреции на точечный объект; 3) в проведении линейного анализа устойчивости ударной волны, возникающей при сферической аккреции, а также в изучении физического механизма неустойчивости; 4) в исследовании устойчивости фокусирующейся ударной волны; 5) в изучении устойчивости ударной волны в среде с быстрой тепловой релаксацией.
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
Динамика ударной волны в гомологично инерциально расширяющейся среде на малых временах описывается решением Седова, а на поздних стадиях она определяется общим расширением среды, т.е. ударная волна в системе отсчета, связанной с веществом, асимптотически останавливается, а профиль скорости при t —+ со стремится к гомологичному.
-
Сферически симметричная аккреция, описываемая классическим решением Бонди, как в случае критического, так и субкритического режима, пространственно неустойчива относительно нерадиальных возмущений, т.е. относительные возмущения параметров течения неограниченно растут при г ->0. Причина неустойчивости заключается в том, что возмущения приводят к появлению ненулевого углового момента у аккрецирующего вещества, который блокирует падение вещества на гравитирующии объект.
3. Стоячая ударная волна, возникающая при сферической аккреции
на точечный гравитирующии объект, является неустойчивой. Основная
причина неустойчивости - спонтанное излучение звука поверхностью
фронта.
-
Предложено обобщение коэффициента отражения звука от поверхности фронта ударной волны на случай неоднородной среды и волн с комплексными амплитудами. Частотный анализ коэффициента отражения аналитически позволяет предсказывать неустойчивость ударной волны в том случае, если генератором неустойчивости является сам ударный фронт.
-
Фокусирующаяся ударная волна, распространяющаяся в однородной среде, неустойчива относительно возмущений поверхности разрыва. Неустойчивость обусловлена излучением ударным фронтом растущих во времени звуковых колебаний.
-
Плоская ударная волна в среде с быстрой тепловой релаксацией устойчива по отношению к длинноволновым возмущениям поверхности разрыва и всегда излучает нейтральные звуковые колебания. В случае, если кривая теплового равновесия имеет характерный Ван-дер-Ваальсов вид, спонтанное излучение звука возможно только для чисел Маха, превышающих некоторое критическое значение.
Вышеперечисленные результаты получены впервые, что составляет научную новизну работы.
Научная и практическая значимость работы. Основные результаты, полученные в диссертации, представляют интерес прежде всего с точки зрения фундаментальных исследований. Они могут быть использованы специалистами, занимающимися проблемами газодинамики, астрофизики и астрономии. Кроме того, некоторые разделы диссертации могут быть включены в учебные курсы по газодинамике и астрофизике.
Аппробация работы. Материалы настоящей диссертации докладывались на международной конференции "Современные проблемы в астрофизике" (Москва, 1996), 3-й межвузовской научно-практической конференции студентов и молодых ученых Волгоградской области (Волгоград, 1996), XXV Всесоюзной студенческой конференции "Физика Космоса" (Свердловская обл., Коуровская АО, 1997), Pacific Rim Con-
ference on Stellar Astrophysics (Гонконг, Китай, 1997), а также на научных семинарах НИИФРГУ (Ростов-на-Дону, 1997) и кафедры теоретической физики Волгоградского государственного университета (Волгоград, 1994-1997).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 8 статьях, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и о бьем работы. Диссертация состоит ио введения, четырех глав,; заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 137 страниц, включая 38 рисунков, 4 таблицы и список литературы из 118 наименований.
