Двухфазные ветры в двойных системах

ÌÎÑÊÎÂÑÊÈÉ ÃÎÑÓÄÀÐÑÒÂÅÍÍÛÉ ÓÍÈÂÅÐÑÈÒÅÒ èìåíè Ì.Â. ËÎÌÎÍÎÑÎÂÀ ÔÈÇÈ×ÅÑÊÈÉ ÔÀÊÓËÜÒÅÒ ÊÀÔÅÄÐÀ ÀÑÒÐÎÔÈÇÈÊÈ È ÇœÇÄÍÎÉ ÀÑÒÐÎÍÎÌÈÈ

Íà ïðàâàõ ðóêîïèñè ÓÄÊ 524.387

ÀÁÐÀÌÎÂÀ ÎÊÑÀÍÀ ÂÈÊÒÎÐÎÂÍÀ ÄÂÓÕÔÀÇÍÛÅ ÂÅÒÐÛ Â ÄÂÎÉÍÛÕ ÑÈÑÒÅÌÀÕ Ñïåöèàëüíîñòü 01.03.02  Àñòðîôèçèêà. Ðàäèîàñòðîíîìèÿ Äèññåðòàöèÿ íà ñîèñêàíèå ó÷¼íîé ñòåïåíè êàíäèäàòà ôèçèêîìàòåìàòè÷åñêèõ íàóê

Íàó÷íûé ðóêîâîäèòåëü äîêòîð ôèçèêîìàòåìàòè÷åñêèõ íàóê Ê.Â. Áû÷êîâ

ÌÎÑÊÂÀ 2004

Îãëàâëåíèå Ââåäåíèå 1 Îáùàÿ âåòðîâ

1 êàðòèíà

âçàèìîäåéñòâèÿ

äâóõêîìïîíåíòíûõ 16

2 Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû 31 2.1

Ðàñ÷¼ò âûñâå÷èâàíèÿ óäàðíîé âîëíû ñ ó÷¼òîì ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè è îáìåíîì ýíåðãèåé ìåæäó èîíàìè è ýëåêòðîíàìè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.1

32

Ñòàöèîíàðíûå óðàâíåíèÿ äâèæåíèÿ ïîëíîñòüþ èîíèçîâàííîãî âîäîðîäà ñ ó÷¼òîì ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè è îáìåíà ýíåðãèåé ìåæäó èîíàìè

2.1.2 2.2

è ýëåêòðîíàìè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

35

Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ. . . . . . . . . . .

56

Âëèÿíèå ôîòîèîíèçàöèè íà èçëó÷åíèå óäàðíûõ âîëí â ðåçîíàíñíûõ ïåðåõîäàõ èîíîâ FeXXV è FeXXVI ïðè ñòîëêíîâåíèè áûñòðûõ îêîëîçâ¼çäíûõ ïîòîêîâ . . . . . . .

58

2.2.1

Ïîñòàíîâêà çàäà÷è . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

59

2.2.2

Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èîíèçóþùåãî èçëó÷åíèÿ . .

70

2.2.3

Èçëó÷åíèå â ðåçîíàíñíûõ ëèíèÿõ èîíîâ æåëåçà

72

2.2.4

Îáñóæäåíèå ðåçóëüòàòîâ è ïðèëîæåíèå ê îáúåêòó

. .

SS433 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå ii

75

78

Îãëàâëåíèå

3.1 3.2 3.3 3.4

iii

Íàáëþäåíèÿ

â

ðåíòãåíîâñêîì

äèàïàçîíå

è

ñòîëêíîâåíèå çâ¼çäíûõ âåòðîâ . . . . . . . . . . . . . . . .

78

Ìîäåëü ñòîëêíîâåíèÿ ðàçðåæåííûõ êîìïîíåíòîâ . . . . . .

83

3.2.1

83

Õàðàêòåðíûå âðåìåíà çàäà÷è è ñèëà Êîðèîëèñà . .

Ðåíòãåíîâñêàÿ

êðèâàÿ

áëåñêà

ïðè

ñòîëêíîâåíèè

ðàçðåæåííûõ êîìïîíåíòîâ . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

90

Ñòîëêíîâåíèÿ îáëàêîâ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

93

3.4.1

Êðèòåðèé âûñâå÷èâàíèÿ . . . . . . . . . . . . . . . .

93

3.4.2

Ïàðàìåòðû îáëàêîâ: ìàññà è ñâåòèìîñòü îäíîãî îáëàêà,

3.5

WR140

âåðîÿòíîñòü

ñòîëêíîâåíèÿ

è

÷àñòîòà

ñîóäàðåíèÿ îáëàêîâ . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

96

Êðèâàÿ áëåñêà â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå. . . . . . . . . .

99

4 Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140 102 4.1

4.2

Äàííûå íàáëþäåíèé è îñíîâíûå ïðåäñòàâëåíèÿ . . . . . . . 102 4.1.1

Ñîñòàâ ïûëèíîê èç äàííûõ íàáëþäåíèé . . . . . . . 106

4.1.2

Ôèçè÷åñêèå óñëîâèÿ â îáëàñòè îáðàçîâàíèÿ ïûëè

4.1.3

Ðàçìåð è òåìïåðàòóðà ïûëèíîê . . . . . . . . . . . . 110

4.1.4

Ñóùåñòâóþùèå ïðåäñòàâëåíèÿ îá îáðàçîâàíèè ïûëè 111

. 107

Îáúÿñíåíèå ôîðìèðîâàíèÿ ïûëè â ìîäåëè ñòîëêíîâåíèÿ îáëàêîâ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 4.2.1

Âåðõíÿÿ îöåíêà ìàññû ïûëè

. . . . . . . . . . . . . 117

4.2.2

Ñîñòîÿíèå èîíèçàöèè îáëàêîâ . . . . . . . . . . . . . 118

4.2.3

Ðåêîìáèíàöèÿ óãëåðîäà . . . . . . . . . . . . . . . . 122

4.2.4

Îáðàçîâàíèå ïûëè è å¼ âûæèâàíèå â ïîëå èçëó÷åíèÿ çâåçäû . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

4.2.5 4.3

Ñòàäèÿ íàãðåâà ïûëè

. . . . . . . . . . . . . . . . . 126

Äèñêóññèÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

Çàêëþ÷åíèå

128

Ñïèñîê ëèòåðàòóðû

130

Ââåäåíèå Îáùèå ñâåäåíèÿ îá îáúåêòàõ èññëåäîâàíèÿ  íàñòîÿùåé ðàáîòå íà ïðèìåðå êîíêðåòíîé WR+O äâîéíîé ñèñòåìû HD 193793 (WR140) ðàññìàòðèâàåòñÿ ïðîáëåìà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõôàçíûõ çâ¼çäíûõ âåòðîâ, à òàêæå íàáëþäàòåëüíûå ïðîÿâëåíèÿ ýòîãî âçàèìîäåéñòâèÿ. Çäåñü è äàëåå ìû íàçûâàåì äâóõôàçíûì (èëè êëî÷êîâàòûì) çâ¼çäíûé âåòåð, êîòîðûé ñîñòîèò èç ðàçðåæåííîé è ïëîòíîé ôàçû  îáëàêîâ, òî åñòü âåòåð, â êîòîðîì ïðèñóòñòâóþò îäíîâðåìåííî è ïëîòíûå îáëàêà, è ðàçðåæåííàÿ ñðåäà.  íà÷àëå, ÷òîáû èìåòü ïðåäñòàâëåíèå î ðàññìàòðèâàåìûõ îáúåêòàõ, äàäèì êðàòêóþ õàðàêòåðèñòèêó çâ¼çäàì WR è WR+O äâîéíûì ñèñòåìàì. Çâ¼çäû Âîëüôà-Ðàéå (WR) [1], áûëè îòêðûòû ôðàíöóçñêèìè ó÷¼íûìè Ø. Âîëüôîì è Æ. Ðàéå â 1867 ãîäó. Ýòî ãîðÿ÷èå çâ¼çäû î÷åíü âûñîêîé ñâåòèìîñòè, äëÿ êîòîðûõ õàðàêòåðíû ÿðêèå è øèðîêèå ñïåêòðàëüíûå ëèíèè âîäîðîäà, íåéòðàëüíîãî è èîíèçîâàííîãî ãåëèÿ, àçîòà, óãëåðîäà è êèñëîðîäà â ðàçíûõ ñòàäèÿõ èîíèçàöèè.  ñïåêòðàõ ýòèõ çâ¼çä îäíîâðåìåííî ïðèñóòñòâóþò ìîùíûé ñðàâíèòåëüíî íèçêîòåìïåðàòóðíûé íåïðåðûâíûé ñïåêòð è ëèíèè àòîìîâ è èîíîâ ñ âûñîêèìè (äî 100 ýÂ) ïîòåíöèàëàìè èîíèçàöèè. Ýòè îñîáåííîñòè ñïåêòðîâ çâ¼çä Âîëüôà-Ðàéå ñâÿçàíû ñ íàëè÷èåì ãîðÿ÷åãî ÿäðà è ïðîòÿæ¼ííûõ àòìîñôåð, êîòîðûå ðàñøèðÿþòñÿ ñî ñêîðîñòÿìè ïîðÿäêà 1000 êì/ñ. Çâ¼çäû òèïà Âîëüôà-Ðàéå îáðàçóþò äâå ïîñëåäîâàòåëüíîñòè [2]: àçîòíóþ WN, â êîòîðîé ñèëüíû ëèíèè àçîòà, è óãëåðîäíóþ WC, â êîòîðîé ïðåîáëàäàþò ëèíèè óãëåðîäà è êèñëîðîäà. Ó çâ¼çä îáåèõ ïîñëåäîâàòåëüíîñòåé ïðèñóòñòâóþò â ñïåêòðàõ ëèíèè âîäîðîäà è ãåëèÿ, 1

Ââåäåíèå

2

íî ëèíèè âîäîðîäà ñëàáû è åãî ìàëî. Îòíîøåíèå ÷èñëà WC çâ¼çä ê ïîëíîìó ÷èñëó çâ¼çä WR â Ãàëàêòèêå â ñðåäíåì ðàâíî 50%, ïðè÷¼ì ê öåíòðó Ãàëàêòèêè WC çâ¼çä áîëüøå 50%, à íà ïåðèôåðèè ìåíüøå [3]. Çàìåòíîå êîëè÷åñòâî çâ¼çä ÂîëüôàÐàéå âõîäèò â ñîñòàâ äâîéíûõ ñèñòåì, OBêîìïîíåíòû íàáëþäàþòñÿ ïðèáëèçèòåëüíî ó 43% çâ¼çä WR [4]. Òîò ôàêò, ÷òî ïðîñòðàíñòâåííîå ðàñïðåäåëåíèå WR çâ¼çä ïîõîæå íà ðàñïðåäåëåíèå ìàññèâíûõ Î-çâ¼çä ñ ìàññàìè, áîëüøèìè 40M¯ [5], à òàêæå òî, ÷òî îíè ñèëüíî êîíöåíòðèðóþòñÿ ê ïëîñêîñòè ãàëàêòèêè è ïîêàçûâàþò ñâÿçü ñ ðàññåÿííûìè ñêîïëåíèÿìè, îáëàñòÿìè H II è OB àññîöèàöèÿìè [6], ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî WR çâ¼çäû ÿâëÿþòñÿ ìîëîäûìè îáúåêòàìè.  íàñòîÿùåå âðåìÿ ñ÷èòàåòñÿ, ÷òî WR çâ¼çäû  ýòî êîíå÷íàÿ ñòàäèÿ ýâîëþöèè ìàññèâíûõ Î-çâ¼çä [7].  çâ¼çäû ÂîëüôàÐàéå íà ñòàäèè ãîðåíèÿ ãåëèÿ ïðåâðàùàþòñÿ ìàññèâíûå çâ¼çäû, êîòîðûå ïîòåðÿëè âîäîðîäíóþ îáîëî÷êó â õîäå ïðåäøåñòâîâàâøåé ýâîëþöèè. Ñîãëàñíî [8], çâ¼çäàìè WR ñòàíîâÿòñÿ ëèáî êîìïîíåíòû òåñíûõ äâîéíûõ ñèñòåì ñ èñõîäíûìè ìàññàìè, ïðåâûøàþùèìè 20M¯ (â òàêèõ ñèñòåìàõ ê ïîòåðå âîäîðîäíîé îáîëî÷êè ïðèâîäèò îáìåí âåùåñòâîì ìåæäó êîìïîíåíòàìè), ëèáî îäèíî÷íûå çâ¼çäû èëè êîìïîíåíòû øèðîêèõ ïàð ñ ìàññàìè, áîëüøèìè 4050 M¯ , äëÿ êîòîðûõ õàðàêòåðåí èíòåíñèâíûé çâ¼çäíûé âåòåð. Òåñíûå äâîéíûå çâ¼çäû ïîðîæäàþò ïîðÿäêà 70% âñåõ çâ¼çä WR, à îäèíî÷íûå çâ¼çäû è øèðîêèå ïàðû  ïîðÿäêà 30%.

Ïàðàìåòðû îäèíî÷íûõ çâ¼çä Âîëüôà-Ðàéå Ýôôåêòèâíûå òåìïåðàòóðû (Tef f ) è ñâåòèìîñòè (L). Âîïðîñ î òåìïåðàòóðàõ çâ¼çä Âîëüôà-Ðàéå äîñòàòî÷íî âàæåí, òàê êàê çíàíèå ýôôåêòèâíîé òåìïåðàòóðû è ñâåòèìîñòè çâåçäû îïðåäåëÿåò å¼ ïîëîæåíèå íà äèàãðàììå Ãåðöøïðóíãà-Ðåññåëà, ÷òî ÿâëÿåòñÿ õîðîøåé ïðåäïîñûëêîé äëÿ ïðîâåðêè ðàçëè÷íûõ ýâîëþöèîííûõ ñöåíàðèåâ, è, íåñîìíåííî, ñëîæåí: ê ðàññìàòðèâàåìûì íàìè îáúåêòàì íå ïðèìåíèìû ïðîñòûå, ðàçðàáîòàííûå äëÿ íîðìàëüíûõ çâ¼çä è òóìàííîñòåé ìåòîäû

Ââåäåíèå

3

àíàëèçà. Èìåííî ïîýòîìó â ëèòåðàòóðå äî ñèõ ïîð ìîæíî âñòðåòèòü äëÿ îäíîé è òîé æå çâåçäû ñèëüíî ðàçëè÷àþùèåñÿ çíà÷åíèÿ òåìïåðàòóðû, õîòÿ ðàñïðåäåëåíèå ýíåðãèè â íåïðåðûâíîì ñïåêòðå äëÿ ìíîãèõ WR çâ¼çä õîðîøî èçâåñòíî â øèðîêîì äèàïàçîíå äëèí âîëí. Àíàëèç ïîñëåäíèõ òåîðåòè÷åñêèõ ðàáîò [7] ïîêàçûâàåò, ÷òî òèïè÷íûå ýôôåêòèâíûå òåìïåðàòóðû WN çâ¼çä ëåæàò â äèàïàçîíå 30 00090 000 Ê, à lg(L/L¯ )  â äèàïàçîíå 5,55,9. Äëÿ WC çâ¼çä äèàïàçîí Tef f ñîñòàâëÿåò 50 000100 000 Ê, ñâåòèìîñòåé  4,75,6. Ó÷¼ò êëî÷êîâàòîñòè çâ¼çäíîãî âåòðà (ñì., íàïðèìåð, [9]) íå îêàçûâàåò çàìåòíîãî âëèÿíèÿ íà ïîëó÷àþùèåñÿ çíà÷åíèÿ Tef f è L/L¯ .

Ìàññû (M ). Ñîãëàñíî [10], îöåíêè ìàññ WR çâ¼çä ïî äâîéíûì çâ¼çäàì äàþò çíà÷åíèÿ îò 5 äî 48 M¯ . Ñðåäíåå çíà÷åíèå ñîñòàâëÿåò 15,618,4 M¯ . Õîðîøî ñîãëàñóåòñÿ ñ ñîâðåìåííûìè ýâîëþöèîííûìè ñöåíàðèÿìè äëÿ WR çâ¼çä òîò ôàêò, ÷òî ìàññû WC çâ¼çä â ñðåäíåì ìåíüøå, ÷åì ìàññû WN çâ¼çä. Òàê, ìàññû WN çâ¼çä ëåæàò â äèàïàçîíå îò 8 äî 48 M¯ , äèàïàçîí èõ ñðåäíèõ çíà÷åíèé  17,522,5 M¯ . Ìàññû WC çâ¼çä ëåæàò â äèàïàçîíå îò 5 äî 27 M¯ , è ñðåäíåå çíà÷åíèå äëÿ íèõ ñîñòàâëÿåò 13,4 M¯ .

Òåìï ïîòåðè ìàññû (M˙ ). Èç Âîëüôà-Ðàéå çâ¼çä ïðîèñõîäèò ìîùíîå èñòå÷åíèå âåùåñòâà. Îöåíêè ñêîðîñòè ïîòåðè ìàññû çàâèñÿò îò ìîäåëè è õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà ðàñøèðÿþùåéñÿ îáîëî÷êè çâåçäû [11]. Øèðèíû ýìèññèîííûõ ëèíèé ñîîòâåòñòâóþò ñêîðîñòÿì ïîðÿäêà 10002000 êì/ñ, ÷òî â ðàìêàõ ìîäåëè îäíîðîäíîãî çâ¼çäíîãî âåòðà ñîñòàâëÿåò

10−6 − 10−4 M¯ /ãîä. Îäíàêî, ñ íåêîòîðûõ ïîð ïîÿâëÿåòñÿ âñ¼ áîëüøå ïîäòâåðæäåíèé òîìó, ÷òî ðåàëüíûå òåìïû ïîòåðè ìàññ çâ¼çäàìè Âîëüôà-Ðàéå îòëè÷àþòñÿ â íåñêîëüêî ðàç îò îïðåäåë¼ííûõ ðàíåå (ñì., íàïðèìåð, [12, 13]). Ìîôôàò è Ðîáåðò [14] óêàçàëè â êà÷åñòâå ïðè÷èíû ýòîãî ðàñõîæäåíèÿ îáëà÷íóþ ñòðóêòóðó âåòðà è îòìåòèëè, ÷òî êëî÷êîâàòîñòü ìîæåò èãðàòü âàæíóþ ðîëü âî âñåõ ãîðÿ÷èõ çâ¼çäàõ ñ âåòðàìè. Ïåðâàÿ ïîïûòêà ó÷åñòü êëî÷êîâàòîñòü çâ¼çäíîãî âåòðà ïðè îïðåäåëåíèè òåìïîâ ïîòåðè ìàññ áûëà ñîâåðøåíà â 1998 ãîäó [15].  íàñòîÿùåå âðåìÿ ñîãëàñíî [16] ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî îïðåäåë¼ííûå

Ââåäåíèå

4

â ðàìêàõ ìîäåëè äâóõôàçíîãî çâ¼çäíîãî âåòðà òåìïû ïîòåðè ìàññû çâ¼çäàìè Âîëüôà-Ðàéå ðàçëè÷íûõ ïîäòèïîâ ëåæàò â äèàïàçîíå2 · 10−6 −

10−4 M¯ /ãîä, à óñòàíîâèâøèåñÿ ñêîðîñòè çâ¼çäíûõ âåòðîâ ñîñòàâëÿþò îò 700 äî 6000 êì/ñ. Õèìè÷åñêèé ñîñòàâ àòìîñôåð çâ¼çä Âîëüôà-Ðàéå. Òîò ôàêò, ÷òî â îòòåêàþùèõ àòìîñôåðàõ çâ¼çä òèïà Âîëüôà-Ðàéå ãåëèÿ (ïî ÷èñëó ÷àñòèö) áîëüøå, ÷åì âîäîðîäà, âïåðâûå áûë îòìå÷åí Àìáàðöóìÿíîì â 1933 ãîäó. Ïåðâûå îïðåäåëåíèÿ ÷èñëà ÿäåð àòîìîâ, ñäåëàííûå Àìáàðöóìÿíîì â 1933 ã. è Ñîáîëåâûì â 1952 ã. äàëè îòíîøåíèå H/He∼

0, 4 − 0, 55 [17]. Ïîçäíåå [18, 19] ñòàëè ñ÷èòàòü, ÷òî äëÿ WCçâ¼çä âñåõ òèïîâ îíî ìåíüøå 0,1, à äëÿ WNçâ¼çä ýòî îòíîøåíèå â ñðåäíåì ëåæèò â èíòåðâàëå 0,14.  äàëüíåéøèõ ðàáîòàõ íåîïðåäåë¼ííîñòü ñîõðàíÿëàñü è Õèëèåð, îòìå÷àÿ, ÷òî ïåðåíàëîæåíèå ëèíèé â WC-çâ¼çäàõ äåëàåò äîñòîâåðíîå îïðåäåëåíèå ñîäåðæàíèÿ âîäîðîäà âåñüìà çàòðóäíèòåëüíûì, ñîâåòóåò ñ÷èòàòü, ÷òî WC-çâ¼çäû ñîâñåì ëèøåíû âîäîðîäà [20]. Îïðåäåëåíèå õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà îòòåêàþùèõ îáîëî÷åê 30 WR çâ¼çä ñ ó÷¼òîì èõ êëî÷êîâàòîñòè [21] ïîêàçàëî, ÷òî äëÿ WN çâ¼çä îòíîøåíèå H/He ïî ÷èñëó ÷àñòèö íèæå ñðåäíåãî êîñìè÷åñêîãî, à â WC çâ¼çäàõ âîäîðîä ïðàêòè÷åñêè îòñóòñòâóåò. Äëÿ WN çâ¼çä îòíîøåíèå N/He≈

0, 002 − 0, 006, C/N≈ 0, 05 ïî ÷èñëó ÷àñòèö, à äëÿ WC çâ¼çä  C/He≈ 0, 1 − 0, 5 ïî ÷èñëó ÷àñòèö è âîçðàñòàåò ïðè ïåðåõîäå îò ïîçäíèõ ê ðàííèì ïîäòèïàì. Âñå ðåçóëüòàòû õîðîøî ñîãëàñóþòñÿ ñ àíàëîãè÷íûìè, ïîëó÷åííûìè â ðàìêàõ ìîäåëè îäíîðîäíûõ àòìîñôåð.

Íåêîòîðûå ïàðàìåòðû WR+O äâîéíûõ ñèñòåì Îòíîøåíèå ìàññ êîìïîíåíòîâ q ≡

MW R MO

ëåæèò â èíòåðâàëå

0, 17 − 2, 67. Äëÿ WC çâ¼çä q ∼ 0, 2 − 0, 5, à äëÿ WN  0, 2 − 2, 67. Ìàññà WR çâåçäû óìåíüøàåòñÿ ñ óìåíüøåíèåì q , äëÿ Oêîìïîíåíòîâ äâîéíûõ ñèñòåì òàêàÿ çàâèñèìîñòü íå íàáëþäàåòñÿ [10]. Âåëè÷èíà q ÿâëÿåòñÿ ìîíîòîííîé ôóíêöèåé ïîäòèïîâ WR çâ¼çä, ðåçêî óìåíüøàÿñü îò ïîçäíèõ êëàññîâ ê ðàííèì äëÿ êàæäîé èç ïîñëåäîâàòåëüíîñòåé WC è WN [22].

Ââåäåíèå

5

Ìàññû O-êîìïîíåíòîâ â WR+O äâîéíûõ ñèñòåìàõ ëåæàò â äèàïàçîíå îò 14 äî 57 M¯ , èõ ñðåäíåå çíà÷åíèå ðàâíî 32,8 M¯ . Ñðåäíèå ìàññû Oçâ¼çä â WN+O ñèñòåìàõ ðàâíû 31,2 M¯ , à â WC+O ñèñòåìàõ  32,4 M¯ [10].

Ïîëíàÿ ìàññà M WR+O ñèñòåì ñîäåðæèòñÿ â äèàïàçîíå îò 19 äî 106 M¯ , à å¼ ñðåäíåå çíà÷åíèå ëåæèò â äèàïàçîíå 48,551,1 M¯ . Ñðåäíÿÿ âåëè÷èíà ïîëíîé ìàññû WN+O ñèñòåì  50 − 54, 7 M¯ , WC+O ñèñòåì 

44, 6 M¯ . M ðàñò¼ò âìåñòå ñ q [10].

Ýêñöåíòðèñèòåòû îðáèò WR+O äâîéíûõ ñèñòåì ñ ïåðèîäàìè ≥70 äíåé â ñðåäíåì ñîñòàâëÿþò 0,30,8. Âñå ñèñòåìû ñ ïåðèîäàìè ≤14 äíåé èìåþò êðóãîâûå îðáèòû, à îðáèòû ñèñòåì ñ ïåðèîäàìè, ëåæàùèìè â èíòåðâàëå îò 14 äî 70 äíåé ÿâëÿþòñÿ ëèáî êðóãîâûìè, ëèáî ýêñöåíòðè÷íûìè ñ e = 0, 17 − 0, 5 [10].

WR140  èíôîðìàöèÿ î ñèñòåìå  íàñòîÿùåå âðåìÿ WR+O çâ¼çäíàÿ ñèñòåìà HD 193793 (WR140) ÿâëÿåòñÿ îäíîé èç íàèáîëåå èçó÷åííûõ ñèñòåì òàêîãî òèïà [23]. Äâîéíàÿ WC7+O4-5 èìååò âèäèìóþ çâ¼çäíóþ âåëè÷èíó 7.07m è ðàñïîëîæåíà â ñîçâåçäèè Ëåáåäÿ. Ýòî îäèí èç ÿð÷àéøèõ íåòåïëîâûõ ðàäèîèñòî÷íèêîâ ñðåäè çâåçä WR. Íàáëþäåíèÿ ñèñòåìû ïðîâîäèëèñü ïðàêòè÷åñêè âî âñåõ äèàïàçîíàõ ýëåêòðîìàãíèòíîãî ñïåêòðà  ÓÔ, ðåíòãåíîâñêîì, ðàäèî,

γ , èíôðàêðàñíîì. Ïîâûøåííûé èíòåðåñ ê íåé âîçíèê âñêîðå ïîñëå òîãî, êàê â ñåðåäèíå 70-õ ãîäîâ íàáëþäàëèñü ïåêóëÿðíûå ðàäèî [24] è èíôðàêðàñíàÿ [25], [26] âñïûøêè. Áîëüøîé îáú¼ì íàáëþäàòåëüíûõ äàííûõ ïîçâîëèë ñ äîñòàòî÷íîé òî÷íîñòüþ îïðåäåëèòü ïàðàìåòðû îðáèòû ýòîé ñèñòåìû, ïîýòîìó HD193793 ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé èäåàëüíûé îáúåêò äëÿ ïðîâåðêè ðàçëè÷íûõ òåîðèé ôîðìèðîâàíèÿ èçëó÷åíèÿ â äâîéíûõ ñèñòåìàõ ñ êîìïîíåíòàìè WR è O. Ñèëüíàÿ âûòÿíóòîñòü è áîëüøèå ðàçìåðû äâîéíîé ñèñòåìû HD193793 ïîçâîëèëè ÿñíî óâèäåòü âîçìîæíóþ ðîëü ñòîëêíîâåíèé îáëàêîâ â ãåíåðàöèè å¼ ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ. Áîëüøîå ðàññòîÿíèå ìåæäó

Ââåäåíèå

6

êîìïîíåíòàìè â êîíå÷íîì èòîãå îáóñëàâëèâàåò íàñòîëüêî ìàëóþ âåëè÷èíó ïëîòíîñòè ãàçà îáîèõ âåòðîâ â îáëàñòè ñòîëêíîâåíèÿ, ÷òî ïîãëîùåíèå è âûñâå÷èâàíèå îêàçûâàþòñÿ çíà÷èòåëüíî îñëàáëåííûìè. Êðîìå

òîãî,

äàâëåíèå

èçëó÷åíèÿ

îò

Îçâåçäû

íå

îêàçûâàåò

ñóùåñòâåííîãî âëèÿíèÿ íà äèíàìèêó, è îáà âåòðà ïðè ñòîëêíîâåíèè áóäóò èìåòü óñòàíîâèâøèåñÿ ñêîðîñòè [27] (â òåñíûõ ñèñòåìàõ èãðàåò ðîëü òðóäíî ó÷èòûâàåìîå óñêîðåíèå âåòðà). Ñîâîêóïíîñòü ýòèõ îáñòîÿòåëüñòâ ïîçâîëÿåò ñóùåñòâåííî êîíêðåòèçèðîâàòü ðàñ÷¼òû è ïðîâåñòè äåòàëüíîå ñðàâíåíèå òåîðèè ñ íàáëþäåíèÿìè êðèâîé áëåñêà â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå, âûïîëíåííûìè ñî ñïóòíèêîâ GINGA [28] è ASCA [29].

Ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå çâ¼çä Âîëüôà-Ðàéå  äâîéíûõ ñèñòåìàõ åñòü äîïîëíèòåëüíûé ñïîñîá èññëåäîâàíèÿ çâ¼çäíîãî âåòðà, à èìåííî, ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå îò ñòàëêèâàþùèõñÿ âåòðîâ [30].  1967 ã. ×åðåïàùóêîì áûëî ïîêàçàíî [31], ÷òî ïðè ñòîëêíîâåíèè çâ¼çäíîãî âåòðà çâåçäû WR ñî ñïóòíèêîì OB â WR+OB äâîéíûõ

ñèñòåìàõ

ìîæåò

âîçíèêàòü

çíà÷èòåëüíîå

ðåíòãåíîâñêîå

èçëó÷åíèå, êîòîðîå ôîðìèðóåòñÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû. Ïîçäíåå Ïðèëóöêèé è Óñîâ [32] ðàçâèëè ýòó òåîðèþ, à ×åðåïàùóê óêàçàë íà âîçìîæíîñòü îáíàðóæåíèÿ äâîéíûõ ñðåäè çâ¼çä Âîëüôà-Ðàéå ïî èõ ðåíòãåíîâñêîìó èçëó÷åíèþ [33]. Îäíèì èç îñíîâíûõ êðèòåðèåâ äëÿ

îïðåäåëåíèÿ

äâîéñòâåííîñòè

ñèñòåìû

ÿâëÿåòñÿ

óâåëè÷åíèå

ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ (ïî ñðàâíåíèþ ñ ðåíòãåíîâñêèì èçëó÷åíèåì îäèíî÷íûõ çâåçä WR è OB), êîòîðîå îáóñëîâëåíî èçëó÷åíèåì íà ôðîíòå óäàðíîé âîëíû, îáðàçóþùåéñÿ ïðè ñòîëêíîâåíèè ñâåðõçâóêîâîãî ïîòîêà îò çâåçäû WR ñ âåòðîì OB-çâåçäû âáëèçè å¼ ïîâåðõíîñòè [34]. Ðåçóëüòàòû àíàëèçà ðåíòãåíîâñêèõ íàáëþäåíèé 48 çâ¼çä ÂîëüôàÐàéå â äèàïàçîíå 0,24 êýÂ, ñäåëàííûõ ñ áîðòà îáñåðâàòîðèè EINSTEIN ïîêàçàëè [35], ÷òî ðåíòãåíîâñêàÿ ñâåòèìîñòü çâ¼çä ÂîëüôàÐàéå ëåæèò â äèàïàçîíå LX ≈ 1031 − 1034 ýðã/ñ, ïðè÷¼ì ñðåäíÿÿ ñâåòèìîñòü îäèíî÷íûõ çâ¼çä ñîñòàâëÿåò ∼ 5 · 1031 ýðã/ñ, à äâîéíûõ

Ââåäåíèå

7

 îò ∼ 1032 äî ∼ 3, 5 · 1033 ýðã/ñ. Òàêèì îáðàçîì, íàáëþäàåìûå ðåíòãåíîâñêèå

ñâåòèìîñòè

WR+O

äâîéíûõ

ñèñòåì

ñîñòîÿò

èç

ñîáñòâåííîé ðåíòãåíîâñêîé ñâåòèìîñòè çâåçäû WR ∼ 5·1031 , ñîáñòâåííîé ðåíòãåíîâñêîé ñâåòèìîñòè OB-çâåçäû ≈ 2 · 1032 − 5 · 1032 è ðåíòãåíîâñêîé ñâåòèìîñòè óäàðíîé âîëíû, êîòîðàÿ îáû÷íî ïðåâûøàåò ñâåòèìîñòü êàæäîãî èç êîìïîíåíòîâ ñèñòåìû [36].  íàñòîÿùåå âðåìÿ òåîðèÿ ðàçðåæåííîé ôàçû çâ¼çäíîãî âåòðà ðàçðàáîòàíà äîñòàòî÷íî ïîëíî è â öåëîì ñîãëàñóåòñÿ ñ íàáëþäåíèÿìè. Òåì íå ìåíåå, ðåíòãåíîâñêàÿ ñâåòèìîñòü WR+O äâîéíûõ ñèñòåì îêàçûâàåòñÿ ÷óâñòâèòåëüíîé ê ïðèíèìàåìîìó çíà÷åíèþ òåìïà ïîòåðè ìàññû, è, â çàâèñèìîñòè îò ïåðèîäà ñèñòåìû (P>20d , P<20d ), ïîëó÷àåòñÿ ëèáî áîëüøå, ëèáî ìåíüøå íàáëþäàåìîé âåëè÷èíû [36]. Íà ïðèìåðå äåâÿòè äâîéíûõ ñèñòåì Áû÷êîâûì è ×åðåïàùóêîì [37] ïîêàçàíî, ÷òî òåîðåòè÷åñêàÿ ñâåòèìîñòü ñóùåñòâåííî ïðåâûøàåò íàáëþäàåìóþ ñ îáñåðâàòîðèè Ýéíøòåéí. Ýòè ðàçëè÷èÿ è ÿâëÿþòñÿ õîðîøåé ïðåäïîñûëêîé äëÿ ðàçâèòèÿ îáëà÷íîé ìîäåëè, êîòîðóþ ïðåäûäóùèå àâòîðû íå ïðèíèìàëè ê ðàññìîòðåíèþ. Ðåíòãåíîâñêàÿ

ñâåòèìîñòü

ñèñòåìû

WR140



ÿð÷àéøåãî

ðåíòãåíîâñêîãî èñòî÷íèêà  â äèàïàçîíå îò 2 äî 6 êý ñëàáî ïåðåìåííà (íå áîëåå 20%30%) íà ïðîòÿæåíèè âñåãî îðáèòàëüíîãî ïåðèîäà. Îá ýòîì ïèøóò ïðàêòè÷åñêè âñå íàáëþäàòåëè (ñì., íàïðèìåð, [28, 29, 38, 39, 40]).  [28] îòìå÷àëîñü, ÷òî ïðîèíòåðïðåòèðîâàòü ýòîò íàáëþäàòåëüíûé ðåçóëüòàò

â

ðàìêàõ

ñòîëêíîâåíèÿ

âåòðîâ

ñ

âûñâå÷èâàíèåì

ïðåäñòàâëÿåòñÿ âåñüìà çàòðóäíèòåëüíûì èç-çà ñèëüíîé âûòÿíóòîñòè îðáèòû ñèñòåìû (e = 0, 84), ÷òî è ïîäòâåðäèëè ðàñ÷¼òû, ïðîâåä¼ííûå â ðàìêàõ ìîäåëè ñòîëêíîâåíèÿ ðàçðåæåííûõ êîìïîíåíòîâ [41, 42, 43, 44].

Âåòðà îò ãîðÿ÷èõ çâ¼çä  ïîñëåäíåå äåñÿòèëåòèå ïðîáëåìà âåòðîâ îò ãîðÿ÷èõ çâ¼çä ïðèîáðåëà íîâûé àñïåêò: ïîÿâèëèñü âåñîìûå ñâèäåòåëüñòâà â ïîëüçó íàëè÷èÿ â í¼ì îáëàêîâ  ïëîòíûõ êîìïàêòíûõ îáðàçîâàíèé, äâèæóùèõñÿ

Ââåäåíèå

8

âìåñòå ñ îáû÷íî ðàññìàòðèâàåìûì ðàçðåæåííûì ãàçîì. Òî, ÷òî çâ¼çäíûé

âåòåð

ìîæåò

èìåòü

ïðîñòðàíñòâåííûå

íåîäíîðîäíîñòè,

ïðèíöèïèàëüíûõ âîçðàæåíèé â ëèòåðàòóðå íå âûçûâàëî è ðàíüøå, íî ïðè îòñóòñòâèè ïðÿìûõ íàáëþäàòåëüíûõ ïîäòâåðæäåíèé ðàíüøå íå áûëî è ïîäðîáíîé äèñêóññèè. Äåéñòâèòåëüíî, ïðÿìûå íàáëþäåíèÿ ñ

îäíîçíà÷íîé

èíòåðïðåòàöèåé

çäåñü,

ïîâèäèìîìó,

ïðàêòè÷åñêè

íåîñóùåñòâèìû. Ïîýòîìó â ïðîáëåìå îáëàêîâ èìåëî ìåñòî ïîñòåïåííîå íàêîïëåíèå êîñâåííîé èíôîðìàöèè. Íåêîòîðîå âðåìÿ íàçàä ñáîð êîñâåííûõ ôàêòîâ äîñòèã óæå òîé ñòàäèè, êîãäà ñòàëî àêòóàëüíûì êà÷åñòâåííî ñôîðìóëèðîâàòü â îáùåì âèäå ìîäåëü âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõôàçíûõ âåòðîâ è ïîïûòàòüñÿ ñ å¼ ïîçèöèé îáúÿñíèòü èìåþùèåñÿ íàáëþäåíèÿ è ïðåäñêàçàòü íîâûå.  1967 ã. ×åðåïàùóê [31] äëÿ îáúÿñíåíèÿ èçáûòî÷íîãî ñâå÷åíèÿ â ëèíèè HeII çâåçäû V444 Cyg ïðåäëîæèë èäåþ î äîïîëíèòåëüíîì ÓÔ èçëó÷åíèè â òåñíûõ äâîéíûõ ñèñòåìàõ, îáóñëîâëåííîì äèññèïàöèåé ïðè ñâåðõçâóêîâîì îáòåêàíèè Îêîìïîíåíòà ãàçîâûì ïîòîêîì îò çâåçäû WR. Ïðåäñòàâëåíèå î âçàèìîäåéñòâèè çâ¼çäíîãî âåòðà ñ îêðóæàþùåé ñðåäîé áûëî ââåäåíî â 1968 ã. Ïèêåëüíåðîì [45] íà îñíîâàíèè èçìåðåíèÿ Ùåãëîâûì [46] äîïïëåðîâñêèõ ñêîðîñòåé òóìàííîñòåé âîêðóã ãîðÿ÷èõ çâ¼çä. Ïðèëóöêèé è Óñîâ [32] ïîêàçàëè, ÷òî äâîéíûå ñèñòåìû WR+O ìîãóò áûòü èñòî÷íèêàìè çàìåòíîãî ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ. Äàëåå òåîðèÿ îäíîðîäíûõ ïîòîêîâ íåîäíîêðàòíî ðàññìàòðèâàëàñü â ëèòåðàòóðå ñ ó÷¼òîì ìíîãèõ ôèçè÷åñêèõ ïðîöåññîâ, òàêèõ êàê ïîñòåïåííûé ðàçãîí âåòðà, ðàäèàöèîííîå äàâëåíèå [47], ýëåêòðîííàÿ òåïëîïðîâîäíîñòü [48], âûñâå÷èâàíèå â íåïðåðûâíîì ñïåêòðå è â ëèíèÿõ ðåçîíàíñíûõ ïåðåõîäîâ íàèáîëåå îáèëüíûõ õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ [49, 50], ïîãëîùåíèå ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ õîëîäíûì ãàçîì âåòðà [35, 43], íåóñòîé÷èâîñòü òå÷åíèÿ [51]. Ðàñ÷¼òû ïðîâîäèëèñü êàê ÷èñëåííûìè 2D [52, 53] è 3D [54] ìåòîäàìè, òàê è àíàëèòè÷åñêèì ïóò¼ì â ðàìêàõ ïðèáëèæåíèÿ ×¼ðíîãî äëÿ ñòàöèîíàðíûõ äâóìåðíûõ çàäà÷ [55, 56]. Ïðåäñòàâëåíèå îá îáëà÷íîé ñòðóêòóðå âåòðà, êàê ãîâîðèëîñü âûøå, íàõîäèòñÿ ïîêà â ñòàäèè ïåðâîíà÷àëüíîãî íàêîïëåíèÿ ìàòåðèàëà,

Ââåäåíèå

9

ïåðâûõ, ñàìûõ îáùèõ êà÷åñòâåííûõ ìîäåëåé è ñðàâíèòåëüíî ãðóáûõ òåîðåòè÷åñêèõ îöåíîê. Áû÷êîâûì [57] â 1979 ã. äëÿ îáúÿñíåíèÿ òîíêîâîëîêíèñòîé ñòðóêòóðû îñòàòêîâ ñâåðõíîâûõ áûëà ïðåäëîæåíà ìîäåëü äâóõêîìïîíåíòíîãî âåòðà îò ïðåäñâåðõíîâîé ñ ïàðàìåòðàìè çâåçäû òèïà ÂîëüôàÐàéå. ×åðåïàùóê [36] â 1990 ã. ïðèìåíèë ýòó èäåþ äëÿ îáúÿñíåíèÿ óìåíüøåíèÿ òåîðåòè÷åñêîé ñâåòèìîñòè âåòðà äëÿ ñëó÷àÿ òåñíûõ äâîéíûõ ñèñòåì ñ êîìïîíåíòàìè OB è WR. Äðóãîå ñâèäåòåëüñòâî â ïîëüçó ïðèñóòñòâèÿ îáëàêîâ ñëåäóåò èç ñîïîñòàâëåíèÿ òåìïà ïîòåðè ìàññû êîìïîíåíòîì WN5 äâîéíîé ñèñòåìû V444, îïðåäåë¼ííîãî äâóìÿ íåçàâèñèìûìè ìåòîäàìè: íàáëþäåíèÿ â ðàäèîäèàïàçîíå äàþò âåëè÷èíó, íà ïîðÿäîê áîëüøóþ, ÷åì îïòè÷åñêèå [38]. Îáëà÷íàÿ ñòðóêòóðà âåòðà çâåçäû WR îáúÿñíÿåò òàêæå èõ áûñòðóþ ñïåêòðàëüíóþ è ôîòîìåòðè÷åñêóþ ïåðåìåííîñòü [58, 59, 60].  îäíîì îáúåêòå, ïðèíàäëåæàùåì ê êëàññó òåñíûõ äâîéíûõ ñèñòåì,  SS433  îáëàêà îáíàðóæåíû ïî ïèêàì ýìèññèîííûõ ëèíèé âîäîðîäà. Îíè âûëåòàþò èç îáëàñòè, íåïîñðåäñòâåííî îêðóæàþùåé ðåëÿòèâèñòñêèé îáúåêò  íåéòðîííóþ çâåçäó èëè ÷¼ðíóþ äûðó, â äàëüíåéøåì âçàèìîäåéñòâóþò ñ àêêðåöèîííûì äèñêîì è ìîãóò áûòü îòâåòñòâåííû çà ÷àñòü ðåíòãåíîâñêîãî è ðàäèîèçëó÷åíèÿ ñèñòåìû. Ïðîöåññû âçàèìîäåéñòâèÿ îáëàêîâ ñ ðàçðåæåííîé ñðåäîé â SS433 ïðîÿâëÿþòñÿ íàèáîëåå âûïóêëî è åãî èíòåðïðåòàöèÿ ìîæåò ñëóæèòü îòïðàâíîé òî÷êîé äëÿ ïðèëîæåíèÿ ìîäåëè ê äðóãèì äâîéíûì ñèñòåìàì. Ñòîëêíîâåíèå âåòðîâ, êàê èçâåñòíî, ñîïðîâîæäàåòñÿ ãåíåðàöèåé óäàðíûõ âîëí, ñ êîòîðûìè ñâÿçàíû ñëîæíûå ôèçè÷åñêèå ïðîöåññû. Îñîáåííî óñëîæíÿåòñÿ ïðîáëåìà â ñëó÷àå îáëà÷íîé ñòðóêòóðû, êîãäà âåëèêî ÷èñëî óäàðíûõ âîëí ñ ñàìûìè ðàçíûìè ïàðàìåòðàìè. Ïîýòîìó äàæå ãðóáàÿ ïîñòàíîâêà çàäà÷è òðåáóåò ïðîâåäåíèÿ âåñüìà ñëîæíûõ ðàñ÷¼òîâ ñ ó÷¼òîì, êàê ïðàâèëî, ìíîãèõ ôèçè÷åñêèõ ïðîöåññîâ. Íàïðèìåð,

òîëüêî

äëÿ

óêàçàííîãî

âûøå

íåñîîòâåòñòâèÿ

ìåæäó

òåîðåòè÷åñêîé è íàáëþäàåìîé ñâåòèìîñòüþ âåòðà â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå â ëèòåðàòóðå ðàññìîòðåíû â êà÷åñòâå âîçìîæíûõ ñëåäóþùèå ïðè÷èíû ðàñõîæäåíèÿ:

Ââåäåíèå

10

• Ïîãëîùåíèå ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ õîëîäíûì êîìïîíåíòîì âåòðà. • Êîìáèíàöèÿ àäèàáàòè÷åñêîãî è ðàäèàöèîííîãî ðåæèìîâ òå÷åíèÿ ãàçà çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû [61]. • Êëî÷êîâàòîñòü âåòðà. • Îáðàòíîå êîìïòîíîâñêîå ðàññåÿíèå îïòè÷åñêèõ è ÓÔêâàíòîâ çâåçä íà ãîðÿ÷èõ ýëåêòðîíàõ è âûñâå÷èâàíèå â ëèíèÿõ æåëåçà [62, 63]. • Ýëåêòðîííàÿ òåïëîïðîâîäíîñòü ïåðåä ôðîíòîì. Ñëîæíîñòü âçàèìîäåéñòâèè

ôèçè÷åñêèõ âåòðîâ,

ïðîöåññîâ,

òðåáóåò

äëÿ

èìåþùèõ

ìåñòî

èíòåðïðåòàöèè

ïðè

íàáëþäåíèé

ïðåäâàðèòåëüíîãî âûïîëíåíèÿ îáùèõ ðàñ÷¼òîâ óäàðíûõ âîëí äëÿ êîíêðåòíûõ ôèçè÷åñêèõ óñëîâèé.  ñâÿçè ñ ýòèì â äèññåðòàöèè ïðèíÿòà ñëåäóþùàÿ ñèñòåìà èçëîæåíèÿ ìàòåðèàëà. Â

ïåðâîé

ãëàâå

ñôîðìóëèðîâàíà

ìîäåëü

âçàèìîäåéñòâèÿ

äâóõêîìïîíåíòíûõ ïîòîêîâ â äâîéíûõ ñèñòåìàõ, èçëîæåíà êà÷åñòâåííàÿ êàðòèíà ïðîë¼òà îäíîãî îáëàêà è ñòîëêíîâåíèÿ ïàðû îáëàêîâ, à òàêæå óäåëåíî âíèìàíèå îáëàñòÿì òå÷åíèÿ, â êîòîðûõ, ïî íàøåìó ìíåíèþ, ïðè ñòîëêíîâåíèè îáëàêîâ ôîðìèðóåòñÿ ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå è îáðàçóåòñÿ ïûëü. Âî âòîðîé ãëàâå èçëîæåíû äâà àñïåêòà òåîðèè âûñâå÷èâàíèÿ óäàðíûõ âîëí, èìåþùèå ñàìîñòîÿòåëüíûé èíòåðåñ äëÿ óñëîâèé â ñòàëêèâàþùèõñÿ âåòðàõ è íåîáõîäèìûå êàê äëÿ âûïîëíåíèÿ äåòàëüíûõ ðàñ÷¼òîâ, òàê è äëÿ ðàçâèòèÿ ìîäåëè â öåëîì:

• çàâèñèìîñòü ñïåêòðà íåïðåðûâíîãî èçëó÷åíèÿ îò ñêîðîñòè ôðîíòà ñ ó÷¼òîì ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè, îáìåíà ýíåðãèåé ìåæäó èîíàìè è ýëåêòðîíàìè è âûñâå÷èâàíèÿ ïóò¼ì ñâîáîäíîñâîáîäíûõ ïåðåõîäîâ;

• èîíèçàöèÿ ïåðåä ôðîíòîì æåëåçà äî âîäîðîäî è ãåëèåïîäîáíûõ èîíîâ èçëó÷åíèåì ãîðÿ÷åãî ãàçà, ïðîøåäøèì ÷åðåç ôðîíò, è

Ââåäåíèå

11

çàâèñèìîñòü îò ñêîðîñòè ôðîíòà èíòåíñèâíîñòè èçëó÷åíèÿ â ðåçîíàíñíûõ ïåðåõîäàõ FeXXV è FeXXVI.  òðåòüåé è ÷åòâ¼ðòîé ãëàâàõ ìû êîíêðåòèçèðóåì ìîäåëü îáëà÷íîãî âåòðà â ïðèìåíåíèè ê äâîéíîé ñèñòåìå HD193793.  òðåòüåé

ãëàâå ïîêàçàíî, ÷òî ôàêò ñëàáîé ïåðåìåííîñòè

íàáëþäàåìîãî ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ WR 140 ìîæåò èìåòü ñâî¼ îáúÿñíåíèå â ðàìêàõ ìîäåëè âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ, ãäå ðàçðåæåííûé è îáëà÷íûé êîìïîíåíòû èãðàþò ïðèìåðíî îäèíàêîâóþ ðîëü. Äåòàëüíûå ðàñ÷¼òû, ïðèâåä¼ííûå âî âòîðîé ãëàâå, ïîêàçàëè, ÷òî ïðèìåðíîå ïîñòîÿíñòâî ðåíòãåíîâñêîé ñâåòèìîñòè íåñîâìåñòèìî ñ áîëüøîé âûòÿíóòîñòüþ îðáèòû, åñëè ãàç çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû íå âûñâå÷èâàåòñÿ, êàê ýòî ïðîèñõîäèò ïðè ñòîëêíîâåíèè ðàçðåæåííûõ êîìïîíåíòîâ âåòðîâ. Ïîýòîìó ñòîëêíîâåíèå îáëàêîâ îñòà¼òñÿ ïîêà åäèíñòâåííîé âîçìîæíîñòüþ îáúÿñíèòü íàáëþäàåìûé ôàêò.  ÷åòâ¼ðòîé ãëàâå îáñóæäàåòñÿ ýâîëþöèÿ ïûëè â îáëàêàõ WR êîìïîíåíòà âåòðà HD193793: îáðàçîâàíèå ïûëèíîê, èõ âûæèâàíèå â ïîëå èçëó÷åíèÿ ãîðÿ÷åé çâåçäû, ïîñëåäóþùèé íàãðåâ ñ îáðàçîâàíèåì èçâåñòíîé èç íàáëþäåíèé èíôðàêðàñíîé âñïûøêè. Êàê è â ñëó÷àå ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ, ìîäåëü ñòîëêíîâåíèÿ îáëàêîâ îñòà¼òñÿ ïîêà åäèíñòâåííîé ìîäåëüþ, îáúÿñíÿþùåé íàáëþäåíèÿ.

Îñíîâíûå ïîëîæåíèÿ, âûíîñèìûå àâòîðîì íà çàùèòó • Ìîäåëü âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõôàçíûõ çâ¼çäíûõ âåòðîâ äëÿ äâîéíûõ ñèñòåì ñ WR è O-êîìïîíåíòàìè. • Îáúÿñíåíèå îòñóòñòâèÿ çàìåòíîé ïåðåìåííîñòè ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ äâîéíîé ñèñòåìû HD 193793.

• Îáúÿñíåíèå âîçìîæíîñòè âîçíèêíîâåíèÿ ïûëè â óñëîâèÿõ âåòðà îò ãîðÿ÷èõ çâ¼çä, å¼ ñîõðàíåíèÿ è ïîñëåäóþùåãî íàãðåâà ïðè óäàëåíèè îò ñèñòåìû.

Ââåäåíèå

12

• Ðàñ÷¼òû ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ óäàðíîé âîëíû ñ ó÷¼òîì ïðîöåññîâ, âàæíûõ äëÿ óñëîâèé â ñòàëêèâàþùèõñÿ âåòðàõ îò ãîðÿ÷èõ çâ¼çä  ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè, îáìåíà ýíåðãèåé ìåæäó èîíàìè è ýëåêòðîíàìè è âûñâå÷èâàíèÿ ïðè ñâîáîäíîñâîáîäíûõ ïåðåõîäàõ.

• Ðàñ÷¼ò ðåêîìáèíàöèîííîãî èçëó÷åíèÿ óäàðíîé âîëíû â ðåçîíàíñíûõ ëèíèÿõ âîäîðîäî è ãåëèåïîäîáíîãî èîíîâ æåëåçà ñ ó÷¼òîì ôîòîèîíèçàöèè ãàçà ïåðåä ôðîíòîì.

Íàó÷íàÿ íîâèçíà • Äëÿ äâîéíûõ ñèñòåì ñ WR è O-êîìïîíåíòàìè âïåðâûå ðàññìîòðåíà ìîäåëü âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõôàçíûõ çâ¼çäíûõ âåòðîâ, ñîñòîÿùèõ èç ïëîòíûõ êîìïàêòíûõ îáëàêîâ è ðàçðåæåííîãî êîìïîíåíòà.

• Ïîñòðîåíà ìîäåëü ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ äâîéíîé ñèñòåìû HD 193793, êîòîðàÿ âïåðâûå ó÷èòûâàåò ðîëü êàê ðàçðåæåííîãî, òàê è îáëà÷íîãî êîìïîíåíòà çâ¼çäíûõ âåòðîâ.  ðàìêàõ ýòîé ìîäåëè âïåðâûå óäàëîñü îáúÿñíèòü òîò ôàêò, ÷òî íàáëþäàåìàÿ ðåíòãåíîâñêàÿ ñâåòèìîñòü äàííîé ñèñòåìû ïðàêòè÷åñêè ïîñòîÿííà è íå çàâèñèò îò ôàç îðáèòàëüíîãî ïåðèîäà, íåñìîòðÿ íà áîëüøóþ âûòÿíóòîñòü îðáèòû.

•  ðàìêàõ ìîäåëè ñòîëêíîâåíèÿ äâóõôàçíûõ çâ¼çäíûõ âåòðîâ âïåðâûå îáúÿñí¼í ôàêò îáðàçîâàíèÿ ïûëè â äâîéíîé ñèñòåìå HD 193793 è å¼ âûæèâàíèÿ â ïîëå èîíèçóþùåãî èçëó÷åíèÿ çâåçäû. Òàêæå âïåðâûå îáúÿñíåíî ÿâëåíèå çàäåðæêè ÈÊâñïûøêè â òå÷åíèå íåñêîëüêèõ ìåñÿöåâ ïîñëå ìîìåíòà ïåðèàñòðà.

• Âïåðâûå èññëåäîâàíî ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà òîðìîçíîãî èçëó÷åíèÿ ðàäèàòèâíîé óäàðíîé âîëíû ïðè îäíîâðåìåííîì ó÷¼òå ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè, îáìåíà ýíåðãèåé ìåæäó èîíàìè è ýëåêòðîíàìè, à òàêæå âûñâå÷èâàíèÿ ïðè ñâîáîäíîñâîáîäíûõ ïåðåõîäàõ. Ðàñ÷¼òû ïðîâîäèëèñü äëÿ óñëîâèé, òèïè÷íûõ äëÿ ñòàëêèâàþùèõñÿ çâ¼çäíûõ âåòðîâ îò ãîðÿ÷èõ çâ¼çä.

Ââåäåíèå

13

• Äëÿ óñëîâèé ñòàëêèâàþùèõñÿ âåòðîâ âïåðâûå èññëåäîâàíî âëèÿíèå ôîòîèîíèçàöèè íà ñâå÷åíèå íàòåêàþùåãî ãàçà â ëèíèÿõ âîäîðîäî è ãåëèåïîäîáíûõ èîíîâ æåëåçà. Ïîêàçàíî, ÷òî ôîòîèîíèçàöèÿ ïðèâîäèò ê ñóùåñòâåííîìó óìåíüøåíèþ çàâèñèìîñòè èíòåíñèâíîñòè ëèíåé÷àòîãî èçëó÷åíèÿ îò ñêîðîñòè ôðîíòà.

Òåîðåòè÷åñêàÿ è ïðàêòè÷åñêàÿ öåííîñòü ðàáîòû • Ïðåäëîæåííàÿ â äèññåðòàöèè ìîäåëü ñòîëêíîâåíèÿ äâóõôàçíûõ çâ¼çäíûõ âåòðîâ ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíà ïðè ðåøåíèè âîïðîñà î òîì, íàñêîëüêî òèïè÷íî âëèÿíèå îáëà÷íîé ñòðóêòóðû âåòðà íà ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå äâîéíûõ ñèñòåì.

• Ìîäåëü ñòîëêíîâåíèÿ äâóõôàçíûõ çâ¼çäíûõ âåòðîâ ïîçâîëÿåò îáúÿñíèòü ôàêò îáðàçîâàíèÿ ïûëè è íàáëþäàåìûå îñîáåííîñòè ÈÊ ñïåêòðà â äâîéíîé ñèñòåìå HD 193793 è ìîæåò áûòü ïðèìåíåíà äëÿ îáúÿñíåíèÿ õàðàêòåðà îáðàçîâàíèÿ ïûëè â äðóãèõ WR+O äâîéíûõ ñèñòåìàõ.

•  ðàìêàõ ìîäåëè äâóõôàçíîãî çâ¼çäíîãî âåòðà ïîêàçàíî, ÷òî äèñêðåòíîñòü ñòîëêíîâåíèé îáëàêîâ ìîæåò íàéòè ñâî¼ îòðàæåíèå â ôîðìå ôëóêòóàöèé ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ, êîòîðûå ìîãóò áûòü îáíàðóæåíû ïðè íàáëþäåíèÿõ.

• Âûÿñíåíî âëèÿíèå ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè è ðàçëè÷èÿ ìåæäó òåìïåðàòóðàìè èîíîâ è ýëåêòðîíîâ íà ñïåêòð èçëó÷åíèÿ óäàðíîé âîëíû.

• Âûÿñíåíà ðîëü ôîòîèîíèçàöèè â ôîðìèðîâàíèè èçëó÷åíèÿ â ëèíèÿõ ðåçîíàíñíûõ ïåðåõîäîâ âîäîðîäî è ãåëèåïîäîáíîãî èîíîâ æåëåçà.

• Ïîêàçàíî, ÷òî äëÿ âîññòàíîâëåíèÿ òåìïåðàòóðû ôðîíòà èç íàáëþäåíèé ïðåäïî÷òèòåëüíåå æ¼ñòêàÿ ÷àñòü ñïåêòðà.

Ââåäåíèå

14

Àïðîáàöèÿ ðàáîòû Ðåçóëüòàòû ðàáîòû äîêëàäûâàëèñü íà ìåæäóíàðîäíîé êîíôåðåíöèè Progress in Cosmic Gas Dynamics (Ìîñêâà, 1999), íà Åâðîïåéñêîì Àñòðîíîìè÷åñêîì Ñúåçäå (JENAM-2000, Ìîñêâà), íà àñòðîôèçè÷åñêîì ñåìèíàðå â ÑÀÎ (2000), íà ñåìèíàðàõ â ÈÍÀÑÀÍå, íà ñåìèíàðàõ â îòäåëå çâ¼çäíîé àñòðîôèçèêè ÃÀÈØ ÌÃÓ.

Îñíîâíûå ðåçóëüòàòû, ïîëó÷åííûå îïóáëèêîâàíû â ñëåäóþùèõ ðàáîòàõ

â

äèññåðòàöèè,

1. Àëåêñàíäðîâà Î.Â., Áû÷êîâ Ê.Â., Ñåéôèíà Å.Â. Ïðîèñõîæäåíèå ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ SS433 â ãèäðîäèíàìè÷åñêîé ìîäåëè. ÀÆ, òîì 74, N 5, ñòð. 731739, 1997. 2. Àëåêñàíäðîâà Î.Â., Áû÷êîâ Ê.Â. Âëèÿíèå ôîòîèîíèçàöèè íà èçëó÷åíèå óäàðíûõ âîëí â ðåçîíàíñíûõ ïåðåõîäàõ èîíîâ FeXXV è FeXXVI ïðè ñòîëêíîâåíèè áûñòðûõ îêîëîçâ¼çäíûõ ïîòîêîâ. ÀÆ, òîì 75, N 2, ñòð. 188196, 1998. 3. Àëåêñàíäðîâà Î.Â., Áû÷êîâ Ê.Â. Ðàñ÷¼ò âûñâå÷èâàíèÿ óäàðíîé âîëíû ñ ó÷¼òîì ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè è îáìåíîì ýíåðãèåé ìåæäó èîíàìè è ýëåêòðîíàìè. ÀÆ, òîì 75, N 4, ñòð. 532538, 1998. 4. Àëåêñàíäðîâà Î.Â, Áû÷êîâ Ê.Â. Âîçìîæíàÿ ðîëü îáëà÷íîé ñòðóêòóðû âåòðà â ðåíòãåíîâñêîì èçëó÷åíèè äâîéíîé ñèñòåìû HD 193793. ÀÆ, òîì 77, N 12, ñòð. 883892, 2000. 5. Àëåêñàíäðîâà Î.Â, Áû÷êîâ Ê.Â. Ôîðìèðîâàíèå ïûëè â äâîéíûõ ñèñòåìàõ ñ Πè WRêîìïîíåíòàìè â ìîäåëè äâóõôàçíîãî çâ¼çäíîãî âåòðà. ÀÆ, òîì 78, N 4, ñòð. 327332, 2001.

Ëè÷íûé âêëàä àâòîðà  ñòàòüÿõ (2), (3), (4), (5) àâòîðîì áûëè íåçàâèñèìî ïðîâåäåíû âñå âû÷èñëåíèÿ.  ñòàòüå (1) àâòîðó ïðèíàäëåæèò îöåíêà âîçìîæíîé

Ââåäåíèå

15

ðîëè ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè. Êðîìå òîãî, äëÿ ñòàòüè (2) àâòîð ðàçðàáàòûâàëà ïðîãðàììû âû÷èñëåíèÿ ñêîðîñòåé ôîòîèîíèçàöèè âñåõ èîíîâ 15 õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ (âîäîðîäà, ãåëèÿ, óãëåðîäà, àçîòà, êèñëîðîäà, íåîíà, íàòðèÿ, ìàãíèÿ, àëþìèíèÿ, êðåìíèÿ, ñåðû, àðãîíà, êàëüöèÿ, æåëåçà, íèêåëÿ) è áåçðàçìåðíîé êîíöåíòðàöèè ýòèõ èîíîâ.  ñòàòüå (4) àâòîðó ïðèíàäëåæèò ðàçðàáîòêà ïðîãðàìì, íåîáõîäèìûõ äëÿ âû÷èñëåíèÿ ðåíòãåíîâñêîé êðèâîé áëåñêà ðàçðåæåííîãî êîìïîíåíòà.

Ñòðóêòóðà è îáú¼ì ðàáîòû Äèññåðòàöèÿ ñîñòîèò èç ââåäåíèÿ, ÷åòûð¼õ ãëàâ, çàêëþ÷åíèÿ è ñïèñêà ëèòåðàòóðû. Òåêñò èëëþñòðèðóþò 23 ðèñóíêà è 2 òàáëèöû, áèáëèîãðàôèÿ ñîäåðæèò 128 íàèìåíîâàíèé. Îáùèé îáú¼ì ðàáîòû ñîñòàâëÿåò 145 ìàøèíîïèñíûõ ñòðàíèö.

Ãëàâà 1 Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ Â

ýòîé

ãëàâå

ìû

èçëîæèì

êà÷åñòâåííîå

ïðåäñòàâëåíèå

î

âçàèìîäåéñòâèè äâóõôàçíûõ (äâóõêîìïîíåíòíûõ) âåòðîâ â óñëîâèÿõ äâîéíûõ ñèñòåì ñ OB è WRêîìïîíåíòàìè. Îáùàÿ êàðòèíà ÿâëåíèÿ íåîáõîäèìà äëÿ òîãî, ÷òîáû â äàëüíåéøåì ïðè èçëîæåíèè äåòàëüíûõ ðàñ÷¼òîâ áûëî ïîíÿòíî, ê êàêèì îáëàñòÿì òå÷åíèÿ èìååò îòíîøåíèå òîò èëè èíîé ðåçóëüòàò.  ñëåäóþùèõ ãëàâàõ áóäóò ïðèâåäåíû äåòàëüíûå ðàñ÷¼òû äëÿ ðàçëè÷íûõ êîíêðåòíûõ óñëîâèé.  îáùåì ñëó÷àå äâóõôàçíûìè íàçûâàþòñÿ òàêèå âåòðà, ïëîòíîñòü âåùåñòâà â êîòîðûõ íå ÿâëÿåòñÿ âåëè÷èíîé ïîñòîÿííîé, à ñàì âåòåð ñîñòîèò èç äâóõ êîìïîíåíòîâ (èëè ôàç): âåùåñòâà ñ áîëüøåé è ìåíüøåé ïëîòíîñòüþ. Õîòÿ äî ñèõ ïîð áîëüøèíñòâî àñòðîíîìè÷åñêèõ íàáëþäåíèé ñ õîðîøåé òî÷íîñòüþ èíòåðïðåòèðóåòñÿ â ðàìêàõ ìîäåëè îäíîôàçíîãî çâ¼çäíîãî âåòðà, â ðÿäå ñëó÷àåâ äëÿ îáúÿñíåíèÿ íàáëþäàòåëüíûõ äàííûõ îêàçûâàåòñÿ íåîáõîäèìî ó÷åñòü íåîäíîðîäíîñòü èñòåêàþùåãî èç çâ¼çä âåùåñòâà. Òàê, íàïðèìåð, Õýêâåëë è äð. [26] â 1979 ãîäó, ðàññìàòðèâàÿ ïðîáëåìó ôîðìèðîâàíèÿ ïûëè â HD 193793 è äðóãèõ WR+O äâîéíûõ ñèñòåìàõ, îòìå÷àëè, ÷òî äëÿ îáðàçîâàíèÿ ïûëè íóæíû äâà êîìïîíåíòà âåòðà ðàçíîé ïëîòíîñòè, è ïðåäëàãàëè â êà÷åñòâå âîçìîæíîãî ìåõàíèçìà èõ îáðàçîâàíèÿ ëèáî ñãóùåíèå âåùåñòâà â âåòðå çâåçäû, ëèáî èñïóñêàíèå çâåçäîé îòíîñèòåëüíî ïëîòíîãî ÿçûêà,

16

Ãëàâà 1. Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ

17

ïîìèìî ðàçðåæåííîãî âåùåñòâà. Øåðøíåâ è Òèåëåíñ [64], çàíèìàÿñü ïðîáëåìîé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â âåòðàõ óãëåðîäíûõ çâ¼çä, à òàêæå Âàéò è Áåêêåð [65], èíòåðïðåòèðóÿ ðàäèîèçëó÷åíèå äâîéíîé ñèñòåìû WR140, â êà÷åñòâå îäíîé èç âîçìîæíûõ ïðåäëîæèëè ìîäåëü, ñîñòîÿùóþ èç ñôåðè÷åñêè-ñèììåòðè÷íîãî ðàçðåæåííîãî êîìïîíåíòà âåòðà è ïëîòíîãî ýêâàòîðèàëüíîãî äèñêà. Ìû æå áóäåì ñ÷èòàòü, ÷òî äâóõôàçíûé çâ¼çäíûé âåòåð ÿâëÿåòñÿ êëî÷êîâàòûì:

ïîìèìî

ñôåðè÷åñêè-ñèììåòðè÷íîãî

ðàçðåæåííîãî

êîìïîíåíòà îò çâåçäû ñ òîé æå ñêîðîñòüþ äâèæóòñÿ ñãóñòêè (êëî÷êè) âåùåñòâà, êîòîðûå ìû

è áóäåì íàçûâàòü

îáëàêàìè. Ìåõàíèçì

îáðàçîâàíèÿ îáëàêîâ ïðè ðåøåíèè ïîñòàâëåííûõ íàìè çàäà÷ ðîëè íå èãðàåò. Êàê ïîêàçàëè íàøè ðàñ÷¼òû, â ðàìêàõ îäíîé ìîäåëè  êëî÷êîâàòîãî çâ¼çäíîãî âåòðà  ìîæíî èíòåðïðåòèðîâàòü è ðåíòãåíîâñêîå, è èíôðàêðàñíîå, è ðàäèîèçëó÷åíèå WR+O äâîéíîé ñèñòåìû WR140 (HD193793) [66, 67, 68], ÷òî ðàíüøå íèêîìó íå óäàâàëîñü.  ïîñëåäíåå âðåìÿ ïîÿâëÿåòñÿ âñ¼ áîëüøå ðàáîò, ïîñâÿù¼ííûõ êëî÷êîâàòûì

çâ¼çäíûì

íàáëþäàòåëüíûõ.

âåòðàì,

êàê

òåîðåòè÷åñêèõ,

òàê

è

Íàïðèìåð,

Ìîôôàò è äð. [58] íà îñíîâàíèè íàáëþäåíèé â ëèíèè He II λ 5411  A ïîäòâåðäèëè íàëè÷èå îáëàêîâ â çâ¼çäíûõ âåòðàõ äâóõ îäèíî÷íûõ WN6-çâ¼çä HD191765 è HD192163. Õèëëèåð [69] èçó÷èë âëèÿíèå ýëåêòðîííîãî ðàññåÿíèÿ íà ïðîôèëè ñïåêòðàëüíûõ ëèíèé â óñëîâèÿõ êëî÷êîâàòîãî çâ¼çäíîãî âåòðà. Àíòîõèí, Íóãèñ è ×åðåïàùóê [59] ïðåäñòàâèëè ðåçóëüòàòû ðàñ÷¼òîâ òåîðåòè÷åñêèõ ïðîôèëåé ýìèññèîííûõ ëèíèé He I è He II çâåçäû Âîëüôà-Ðàéå â ìîäåëè àòìîñôåðû, ñîñòîÿùåé èç áîëüøîãî ÷èñëà ïëîòíûõ îáëàêîâ è ñðàâíèòåëüíî ðàçðåæåííîé ìåæîáëà÷íîé ñðåäû. Èìè áûëî ïîêàçàíî, ÷òî â ðàìêàõ ïðåäëîæåííîé ìîäåëè ìîæíî óäîâëåòâîðèòåëüíî îïèñàòü íàáëþäàåìûå ïðîôèëè ëèíèé. Ìîôôàò è Ðîáåðò [14] ïîñòðîèëè ïðîñòåéøóþ ìîäåëü êëî÷êîâàòîãî çâ¼çäíîãî âåòðà è ñäåëàëè îöåíêó ñïåêòðà ìàññ îáëàêîâ. Ðîáåðò è äð. [70] îáúÿñíÿþò íàáëþäàåìóþ ïåðåìåííîñòü ïðîôèëåé ñïåêòðàëüíûõ ëèíèé çâ¼çä Âîëüôà-Ðàéå íåîäíîðîäíîñòüþ èõ çâ¼çäíûõ âåòðîâ. Íàèáîëüøàÿ ïåðåìåííîñòü ëèíèé

Ãëàâà 1. Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ

18

íàáëþäàåòñÿ ó çâ¼çä ïîçäíåãî òèïà, WN8 è WC9. Ëåïèí [71] ïîñòðîèë êàðòèíó äâèæåíèÿ îáëàêîâ â ðàçðåæåííîì êîìïîíåíòå ñòàëêèâàþùèõñÿ çâ¼çäíûõ âåòðîâ è óêàçàë íà âàæíóþ ðîëü îáëà÷íîãî êîìïîíåíòà. Ýòè è äðóãèå ðàáîòû ïîäòâåðæäàþò íàëè÷èå îáëàêîâ â âåòðàõ ãîðÿ÷èõ çâ¼çä è óêàçûâàþò íà âàæíîñòü ó÷¼òà ýòîãî îáñòîÿòåëüñòâà ïðè ïîñòðîåíèè òåîðåòè÷åñêèõ ìîäåëåé. Âíà÷àëå

ñôîðìóëèðóåì

îñíîâíûå

ïðåäïîëîæåíèÿ

î

õàðàêòåðå

òå÷åíèÿ, â ðàìêàõ êîòîðûõ áóäåì îñòàâàòüñÿ íà ïðîòÿæåíèè âñåé äèññåðòàöèè. Ìû ðàññìàòðèâàåì ñôåðè÷åñêèñèììåòðè÷íîå èñòå÷åíèå èç íåïîäâèæíûõ çâ¼çä, ïðè÷¼ì ñêîðîñòü ãàçà íà áîëüøîì ðàññòîÿíèè îò ïîâåðõíîñòè çâåçäû ïîëàãàåì óñòàíîâèâøåéñÿ. Îáîçíà÷èì å¼ êàê V∞ .  ðàññìàòðèâàåìîì êëàññå ñèñòåì ñêîðîñòü èñòå÷åíèÿ ëåæèò â äèàïàçîíå

2000 êì/ñåê < V∞ < 3500 êì/ñåê. Ýòî â äåñÿòêè ðàç ïðåâûøàåò ñêîðîñòü îðáèòàëüíîãî äâèæåíèÿ çâ¼çä â ñèñòåìå. Òàê, äëÿ äâîéíîé ñèñòåìû WR140 ñêîðîñòü îðáèòàëüíîãî äâèæåíèÿ â ïåðèàñòðå ñîñòàâëÿåò 190 êì/ñ, à â àïîàñòðå  16,5 êì/ñ (ñîîòâåòñòâóþùèå ðàñ÷¼òû ñì. â ãëàâå 3). Òàêèì îáðàçîì, åñëè îòíîñèòåëüíàÿ ïîãðåøíîñòü âû÷èñëåíèé ñîñòàâëÿåò 1020%, òî ìû ìîæåì ïðåíåáðå÷ü êîðèîëèñîâûì óñêîðåíèåì âåòðà, à òàêæå, êàê ïîêàçûâàåò àíàëèç õàðàêòåðíûõ âðåì¼í çàäà÷è, âîçìîæíûì èçìåíåíèåì ðàññòîÿíèÿ ìåæäó êîìïîíåíòàìè ñèñòåìû çà ïðîìåæóòêè âðåìåíè, îïðåäåëÿåìûå ìàñøòàáíûìè ôàêòîðàìè ãàçîäèíàìè÷åñêîé çàäà÷è. Ïðåäïîëîæåíèå î ñôåðè÷åñêè ñèììåòðè÷íîì èñòå÷åíèè ðàçðåæåííîé ôàçû âåòðà â íàñòîÿùåå âðåìÿ ÿâëÿåòñÿ îáùåïðèíÿòûì. Îäíàêî àíàëèç ðàäèîèçëó÷åíèÿ ñèñòåìû HD193793 ïîçâîëèë Âàéòó è Áåêêåðó [65] ïðåäëîæèòü ìîäåëü ïðåèìóùåñòâåííî ýêâàòîðèàëüíîãî èñòå÷åíèÿ. Âàéò è ×åí [72], ïðîâåäÿ âû÷èñëåíèÿ ñïåêòðà ýòîé æå ñèñòåìû îò ðàäèî äî γ äèàïàçîíîâ, òàêæå ïðèøëè ê âûâîäó, ÷òî ñôåðè÷åñêè ñèììåòðè÷íàÿ ìîäåëü íå ìîæåò îáúÿñíèòü ðàäèîíàáëþäåíèÿ. Øåðøíåâ è Òèåëåíñ [64], àíàëèçèðóÿ ðåçóëüòàòû ðàñ÷¼òîâ õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé ïî îáðàçîâàíèþ ïûëè â óãëåðîäíîé çâåçäå Âîëüôà-Ðàéå òèïà WC9

Ãëàâà 1. Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ

19

ïðèøëè ê âûâîäó, ÷òî â ïðåäïîëîæåíèè ñôåðè÷åñêè-ñèììåòðè÷íîãî îäíîðîäíîãî ïîòîêà âåùåñòâà îò çâåçäû ïûëü ñôîðìèðîâàòü íåâîçìîæíî. Äëÿ ðàññìàòðèâàåìîé íàìè ïðîáëåìû õàðàêòåð ñèììåòðèè íå òàê âàæåí: êëî÷êîâàòàÿ ñòðóêòóðà âåòðà äîëæíà ïðîÿâëÿòü ñåáÿ ïðè ëþáîé ãåîìåòðèè ïîòîêà. Óêàçàííîå âûøå ïðèáëèæåíèå ìû ïðèíèìàåì èñêëþ÷èòåëüíî äëÿ óïðîùåíèÿ ïåðâîíà÷àëüíîãî èññëåäîâàíèÿ ðîëè îáëàêîâ. Ãëàâíûì èñòî÷íèêîì èíôîðìàöèè â ðàññìàòðèâàåìîé çàäà÷å äëÿ íàñ ÿâëÿåòñÿ ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå äâîéíûõ ñèñòåì â äèàïàçîíå ýíåðãèé êâàíòîâ

4 êýÂ < E < 10 êýÂ. Îíî

äà¼òñÿ

òîëüêî

ãîðÿ÷èì

ãàçîì,

ïîýòîìó

ìû

ñîñðåäîòî÷èì

âíèìàíèå èìåííî íà òåõ îáëàñòÿõ òå÷åíèÿ, òåìïåðàòóðà êîòîðûõ ïðåâûøàåò 3 · 107 K. Òàêàÿ òåìïåðàòóðà ñîîòâåòñòâóåò íèæíåé ãðàíèöå ïðèâåä¼ííîãî íåðàâåíñòâà  êâàíòàì ñ ýíåðãèåé 4 êýÂ.  ýòèõ îáëàñòÿõ ìîæíî ñ÷èòàòü ïîëíîñòüþ èîíèçîâàííûìè âñå õèìè÷åñêèå ýëåìåíòû ñ äîñòàòî÷íî âûñîêèì ñîäåðæàíèåì, äî ñåðû âêëþ÷èòåëüíî, à ó æåëåçà íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü âîäîðîäî è ãåëèåïîäîáíûå èîíû. Õîòÿ îòíîñèòåëüíîå ñîäåðæàíèå æåëåçà ñóùåñòâåííî ìåíüøå, ÷åì îòíîñèòåëüíîå ñîäåðæàíèå îñíîâíûõ êîìïîíåíòîâ çâ¼çäíûõ âåòðîâ  âîäîðîäà è ãåëèÿ  èìåííî æåëåçîì îáóñëàâëèâàåòñÿ îõëàæäåíèå ãàçà â ëèíèÿõ, è, ñîîòâåòñòâåííî, ëèíåé÷àòûé ñïåêòð èçëó÷åíèÿ ãàçà. Ïîýòîìó ó÷¼ò âêëàäà àòîìîâ æåëåçà íåîáõîäèì. Îñòàëüíûå õèìè÷åñêèå ýëåìåíòû (ëèòèé, áåðèëëèé, áîð è ò.ä. äî ñåðû âêëþ÷èòåëüíî) íàõîäÿòñÿ ïðè òàêèõ òåìïåðàòóðàõ â ïîëíîñòüþ èîíèçîâàííîì ñîñòîÿíèè è íå âíîñÿò âêëàä â ëèíåé÷àòîå èçëó÷åíèå ñ îäíîé ñòîðîíû, à ñ äðóãîé ñòîðîíû, ïî ÷èñëó ÷àñòèö èõ ìíîãî ìåíüøå ÷åì âîäîðîäà è ãåëèÿ, ïîýòîìó ïðè ïðîâåäåíèè âû÷èñëåíèé ýòè ýëåìåíòû ìîæíî íå ó÷èòûâàòü. Êàê áûëî îòìå÷åíî âûøå, äëÿ ðàñ÷¼òà òåïëîâîé ñòðóêòóðû ãàçà è ñïåêòðà âûõîäÿùåãî èçëó÷åíèÿ íàì íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü âîäîðîä, ãåëèé è æåëåçî. Îáîçíà÷èì ïîñðåäñòâîì X, Y è Z èõ îòíîñèòåëüíîå

Ãëàâà 1. Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ

20

ñîäåðæàíèå ïî ÷èñëó ÷àñòèö. Âåòåð çâåçäû êëàññà OB èìååò íîðìàëüíîå ñîäåðæàíèå õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ.  ýòîì ñëó÷àå ìîæíî ïðèíÿòü ñëåäóþùèå çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ (ñì., íàïðèìåð, [73]):

XOB = 0.9, YOB = 0.1, ZOB = 4 · 10−5 . Êàê áûëî ïîêàçàíî âî Ââåäåíèè, àòìîñôåðû çâ¼çä òèïà ÂîëüôàÐàéå îáîãàùåíû ãåëèåì.  íàøåé ðàáîòå, ïðè èíòåðïðåòàöèè ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ è ïîëíîé èîíèçàöèè êàê âîäîðîäà, òàê è ãåëèÿ, ñîîòíîøåíèå ìåæäó ýòèìè ýëåìåíòàìè íå òàê âàæíî. Ïîýòîìó ìû ïðèìåì

XWR = 0.1, YWR = 0.9, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ñðåäíåìó çíà÷åíèþ ñîäåðæàíèÿ ýòèõ ýëåìåíòîâ â çâåçäå WC7 ïî ÷èñëó àòîìîâ, ïðèâåä¼ííîìó â [17], à ñîäåðæàíèå æåëåçà ïîëîæèì ðàâíûì ZOB . Ïðàâäà, â ñëó÷àå HD193793 âåòåð îò êîìïîíåíòà WC7 ìîæåò áûòü ñèëüíî îáîãàù¼í óãëåðîäîì. Ñîãëàñíî [39], åãî ñîäåðæàíèå ñîñòàâëÿåò 0.05 ïî ÷èñëó ÷àñòèö. Íî â ñèëó ïîëíîé èîíèçàöèè óãëåðîäà â îáëàñòè, çàíÿòîé ãîðÿ÷èì ãàçîì, ïðèâåä¼ííîå îáñòîÿòåëüñòâî ìàëî ñêàçûâàåòñÿ íà ðàññìàòðèâàåìîé íàìè ïðîáëåìå. Äèàïàçîí çíà÷åíèé, â êîòîðûõ ìîæåò íàõîäèòüñÿ ïëîòíîñòü ÷èñëà ÷àñòèö n, îêàçûâàåòñÿ âåñüìà øèðîêèì. Ñîãëàñíî íàøåé ìîäåëè, â îáëàêàõ îíà ìîæåò äîñòèãàòü 1016 ñì−3 . Ïëîòíîñòü ðàçðåæåííîãî êîìïîíåíòà çíà÷èòåëüíî íèæå, è â àïîàñòðå îðáèòû øèðîêîé äâîéíîé ñèñòåìû îíà ïàäàåò äî 106 ñì−3  å¼ çíà÷åíèå îïðåäåëÿåòñÿ òåìïîì ïîòåðè ìàññû çâåçäîé è ðàññòîÿíèåì ìåæäó êîìïîíåíòàìè äâîéíîé ñèñòåìû.  ýòîì äèàïàçîíå ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ îñíîâíûìè ïðîöåññàìè îõëàæäåíèÿ ÿâëÿþòñÿ òîðìîçíîå èçëó÷åíèå è âîçáóæäåíèå ðåçîíàíñíûõ ëèíèé èîíîâ æåëåçà.  òåñíûõ äâîéíûõ ñèñòåìàõ, âáëèçè ÿðêèõ çâ¼çä, êîíå÷íî, íàäî ó÷èòûâàòü è îáðàòíîå êîìïòîíîâñêîå ðàññåÿíèå. Âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõ äëÿ íàñ áóäåò âàæíî, ïðîèñõîäèò ëè âûñâå÷èâàíèå çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû. Åñëè âûñâå÷èâàíèÿ íåò, òî òàêóþ âîëíó ìû áóäåì óñëîâíî íàçûâàòü àäèàáàòè÷åñêîé, â ïðîòèâîïîëîæíîì ñëó÷àå

Ãëàâà 1. Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ

21

 ðàäèàöèîííîé èëè ðàäèàòèâíîé. Õàðàêòåð âîëíû îïðåäåëÿåòñÿ ñîîòíîøåíèåì õàðàêòåðíûõ âðåì¼í çàäà÷è è çàâèñèò îò ïëîòíîñòè ãàçà. Ïðè îäíîé è òîé æå ñêîðîñòè ôðîíòà ïîâåäåíèå ãàçà ñóùåñòâåííî ðàçëè÷àåòñÿ ó ðàäèàöèîííûõ è àäèàáàòè÷åñêèõ óäàðíûõ âîëí. Õàðàêòåð âûñâå÷èâàíèÿ, â ñâîþ î÷åðåäü, çàâèñèò îò ñòåïåíè ïðîçðà÷íîñòè ãàçà.  ðàññìàòðèâàåìûõ íàìè çàäà÷àõ ãàç ïðàêòè÷åñêè âñåãäà ìîæíî áóäåò ñ÷èòàòü ïðîçðà÷íûì äëÿ ñîáñòâåííîãî èçëó÷åíèÿ. Êàê èçâåñòíî [74], âðåìÿ âûñâå÷èâàíèÿ ïðîçðà÷íîé ñðåäû ïðè ïðî÷èõ ðàâíûõ óñëîâèÿõ îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíî å¼ ïëîòíîñòè. Ñîãëàñíî ñêàçàííîìó âûøå, ïëîòíîñòü ðàçíûõ îáëàñòåé ãàçà â îêîëîçâ¼çäíûõ ïîòîêàõ ðàçëè÷àåòñÿ î÷åíü ñèëüíî. Ãàç â îáëàêàõ ìîæåò áûòü íà äåñÿòü ïîðÿäêîâ ïëîòíåå ìåæîáëà÷íîé ñðåäû; ñîîòâåòñòâåííî íà äåñÿòü è áîëåå ïîðÿäêîâ ìîãóò ðàçëè÷àòüñÿ ìàñøòàáû âðåìåíè âûñâå÷èâàíèÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, â îäíèõ îáëàñòÿõ äâîéíîé ñèñòåìû ìîãóò ðàñïðîñòðàíÿòüñÿ àäèàáàòè÷åñêèå óäàðíûå âîëíû, â äðóãèõ  ðàäèàòèâíûå.  òðåòüåé ãëàâå ìû óâèäèì, êàê ýòî îáñòîÿòåëüñòâî ìîæåò ïîâëèÿòü íà êðèâóþ áëåñêà â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå. Ïåðåéä¼ì ê èçëîæåíèþ îáùåé êàðòèíû âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõôàçíûõ âåòðîâ. Ñíà÷àëà â ñïðàâî÷íûõ öåëÿõ ïðèâåä¼ì íà ðèñ.1.1 èçâåñòíóþ ñõåìó ñòîëêíîâåíèÿ ðàçðåæåííûõ êîìïîíåíòîâ. Ñëåâà íàõîäèòñÿ çâåçäà òèïà ÂîëüôàÐàéå, ñïðàâà  ÎÂçâåçäà. Òåìï ïîòåðè ìàññû çâåçäîé Âîëüôà-Ðàéå ïðèìåðíî íà ïîëòîðàäâà ïîðÿäêà áîëüøå òåìïà ïîòåðè ìàññû OB-çâåçäîé, òî åñòü âåòåð îò çâ¼çä ÂîëüôàÐàéå ìîùíåå âåòðà ÎÂçâ¼çä, ïîýòîìó ãðàíèöà ðàçäåëà Ñ âûïóêëà â ñòîðîíó WRçâåçäû. Êðîìå èçãèáà ãðàíèöû, ðàçëè÷èå â ìîùíîñòè âåòðîâ ïðîÿâëÿåòñÿ â òîì, ÷òî ëîáîâàÿ òî÷êà Î ïðèìåðíî â ïÿòüäåñÿòü ðàç áëèæå ê ÎÂçâåçäå, òî åñòü îáîçíà÷åííîå íà ðèñóíêå ðàññòîÿíèå rOB â ïÿòüäåñÿòü ðàç êîðî÷å rWR . Íåâîçìóù¼ííûé ãàç âåòðà íàãðåâàåòñÿ, ïðîõîäÿ ÷åðåç ôðîíò óäàðíîé âîëíû S1 èëè S2 ñîîòâåòñòâåííî. Ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå èñõîäèò èç îáëàñòåé I è II, ãäå íàõîäèòñÿ íàãðåòûé ãàç.  ðÿäå ñëó÷àåâ, êîòîðûå çàâèñÿò îò ðàññòîÿíèÿ ìåæäó êîìïîíåíòàìè äâîéíîé ñèñòåìû è ñîîòíîøåíèÿ ìîùíîñòåé çâ¼çäíûõ âåòðîâ, ëîáîâàÿ

Ãëàâà 1. Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ Íåâîçìóù¸ííûé âåòåð îò çâåçäû òèïà Âîëüôà-Ðàéå

S1

I

C

S2

22

Íåâîçìóù¸ííûé âåòåð îò çâåçäû êëàññà OB

II

OB

WR

o

rWR

rOB

D

C - êîíòàêòíàÿ ãðàíèöà S1 - óäàðíàÿ âîëíà âíóòðè âåòðà îò çâåçäû òèïà Âîëüôà-Ðàéå S2 - óäàðíàÿ âîëíà âíóòðè âåòðà îò OB-çâåçäû I - ãàç âåòðà çâåçäû Âîëüôà-Ðàéå, íàãðåòûé íà ôðîíòå S1 II - ãàç âåòðà OB-çâåçäû, íàãðåòûé íà ôðîíòå S2

Ðèñ. 1.1: Âçàèìîäåéñòâèå ðàçðåæåííûõ êîìïîíåíòîâ çâ¼çäíûõ âåòðîâ.

òî÷êà îêàçûâàåòñÿ ñèëüíî ïðèæàòà ê ïîâåðõíîñòè OBçâåçäû âåòðîì WRêîìïîíåíòà. Òîãäà ãîðÿ÷àÿ îáëàñòü II ìîæåò îòñóòñòâîâàòü, è ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå îïðåäåëÿåòñÿ âåòðîì îò çâåçäû òèïà Âîëüôà Ðàéå. Ñõåìà, ïðèâåä¼ííàÿ íà ðèñ.1.1, ÿâëÿåòñÿ èäåàëèçèðîâàííîé åù¼ è â òîì ñìûñëå, ÷òî îíà íå ó÷èòûâàåò íåóñòîé÷èâîñòü òå÷åíèÿ ïëàçìû âäîëü ãðàíèöû ðàçäåëà. Çäåñü ìîæåò ðàçâèâàòüñÿ íåóñòîé÷èâîñòü òàíãåíöèàëüíîãî ðàçðûâà [75], à â ñëó÷àå âûñâå÷èâàíèÿ òàêæå íåóñòîé÷èâîñòü ÐýëåÿÒåéëîðà è ïåðåñòàíîâî÷íàÿ íåóñòîé÷èâîñòü [76].

Ãëàâà 1. Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ

23

 äåòàëüíûõ äâóìåðíûõ ðàñ÷¼òàõ Ìÿñíèêîâà, Æåêîâà è Áåëîâà [51] îïèñàíî ðàçâèòèå ïåðâîíà÷àëüíî ìàëûõ âîçìóùåíèé, ïðèâîäÿùåå ê çíà÷èòåëüíîìó èñêðèâëåíèþ ãðàíèöû ðàçäåëà. Ýòî îáñòîÿòåëüñòâî ÿâëÿåòñÿ î÷åíü âàæíûì â òåîðèè ñòîëêíîâåíèÿ ðàçðåæåííûõ âåòðîâ. Îäíàêî äëÿ ðàññìàòðèâàåìîé â äèññåðòàöèè çàäà÷è îïðåäåëåíèÿ âîçìîæíîé ðîëè îáëàêîâ ïðîáëåìà ìàëûõ âîçìóùåíèé óæå íå ñòîèò òàê îñòðî. Äåëî â òîì, ÷òî âçàèìîäåéñòâèå îáëàêîâ âåòðà îäíîé çâåçäû ñ ðàçðåæåííîé ôàçîé âåòðà äðóãîé çâåçäû ïðèâîäèò ê âîçìóùåíèÿì, êîòîðûå íèêàê íåëüçÿ íàçâàòü ìàëûìè. Íàïðèìåð, îáëàêà, êîòîðûå â ñèëó ñâîåé áîëüøîé (ïî ñðàâíåíèþ ñ ðàçðåæåííûì êîìïîíåíòîì âåòðà) ïëîòíîñòè áåñïðåïÿòñòâåííî ïåðåñåêàþò ãðàíèöó ðàçäåëà, ðàçðûâàþò å¼ âî ìíîãèõ ìåñòàõ, òàê ÷òî ðàññóæäåíèÿ îá óñòîé÷èâîñòè ãðàíèöû ðàçäåëà ñòàíîâÿòñÿ ïðîáëåìàòè÷íûìè. Sr

S1

D

C

S2

H Sr

G

I

II

OB

WR

F E

Ðèñ. 1.2: Âçàèìîäåéñòâèå äâóõôàçíûõ âåòðîâ.

Ïåðåéä¼ì

ê

ôîðìóëèðîâêå

ìîäåëè

îáëà÷íîãî

âåòðà,

êîòîðàÿ

ñõåìàòè÷åñêè ïðîèëëþñòðèðîâàíà íà ðèñ.1.2. ×òîáû íå çàãðîìîæäàòü êàðòèíó, ìû íå ïðèâîäèì õîðîøî èçâåñòíûå â ëèòåðàòóðå ëèíèè òîêà

Ãëàâà 1. Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ

24

ðàçðåæåííûõ êîìïîíåíòîâ. Ìû ïîëàãàåì, ÷òî êàæäîå îáëàêî äâèæåòñÿ ñî ñêîðîñòüþ, ðàâíîé ìåñòíîé ñêîðîñòè ðàçë¼òà ðàçðåæåííîé ôàçû âåòðà. Íàïðàâëåíèå äâèæåíèÿ êàæäîãî îáëàêà îáîçíà÷åíî ïðèêðåïë¼ííîé ê íåìó ñòðåëêîé. Ïîêà îáëàêî, âûëåòåâøåå îò ÎÂçâåçäû, íàõîäèòñÿ ñïðàâà îò ôðîíòà S2 , à îáëàêî îò çâåçäû òèïà ÂîëüôàÐàéå  ñëåâà îò S1 , îíè ñëàáî âëèÿþò íà ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçðåæåííûé êîìïîíåíò, òàê êàê äâèæóòñÿ ñ òîé æå ñêîðîñòüþ, ÷òî è îí. Ñêàçàííîå îòíîñèòñÿ ê îáëàêó Å, ïðèíàäëåæàùåìó âåòðó îò çâåçäû òèïà ÂîëüôàÐàéå, à òàêæå îáëàêàì F è G, âûëåòåâøèì èç ÎÂçâåçäû. Áûñòðîìó ðàñïëûâàíèþ îáëàêà â ðàçíûå ñòîðîíû ïðåïÿòñòâóåò äàâëåíèå îêðóæàþùåãî åãî ðàçðåæåííîãî ãàçà. Ðàçìåðû îáëàêà ìîãóò óâåëè÷èâàòüñÿ ïî ìåðå ïàäåíèÿ âíåøíåãî äàâëåíèÿ, íî ýòî áóäåò ïðîèñõîäèòü òîëüêî ïðè îòñóòñòâèè äèññèïàòèâíûõ ïðîöåññîâ âíóòðè ñàìîãî îáëàêà. Åñëè æå òàêîâûå, íàïðèìåð, âûñâå÷èâàíèå, èìåþò ìåñòî, òî óìåíüøåíèå âíåøíåãî äàâëåíèÿ ìîæåò è íå ñîïðîâîæäàòüñÿ ðàñøèðåíèåì îáëàêà. Êàðäèíàëüíîå

ðàçëè÷èå

â

ïîâåäåíèè

îáëàêà

è

ðàçðåæåííîãî

êîìïîíåíòà íàñòóïàåò â ìîìåíò, êîãäà îíî ïåðåñåêàåò êîíòàêòíóþ ãðàíèöó C. Ïëîòíîå îáëàêî ïðàêòè÷åñêè áåñïðåïÿòñòâåííî ïðîõîäèò ãðàíèöó è óñòðåìëÿåòñÿ â îáëàñòü, çàíÿòóþ ðàçðåæåííûì âåòðîì ïðîòèâîïîëîæíîé çâåçäû. Îíî òîðìîçèòñÿ, ïîñòåïåííî ñãðåáàÿ ïåðåä ñîáîé ðàçðåæåííûé ãàç. Êàê ëþáîå òåëî, äâèæóùååñÿ ñî ñâåðõçâóêîâîé ñêîðîñòüþ, îíî ãåíåðèðóåò âî âñòðå÷íîì ïîòîêå ñèëüíóþ óäàðíóþ âîëíó. Íà ðèñóíêå ýòî îáëàêî D, ïðèíàäëåæàùåå âåòðó îò ÎÂ-çâåçäû. Ïóíêòèðîì âîêðóã íåãî îáîçíà÷åíà óäàðíàÿ âîëíà Sr â ðàçðåæåííîì ãàçå âåòðà îò çâåçäû ÂîëüôàÐàéå. Òî÷íî òàê æå îáëàêî H, ïðèíàäëåæàùåå âåòðó îò çâåçäû WR, âîçìóùàåò ðàçðåæåííûé ãàç ÎÂçâåçäû, íî ÷òîáû íå çàãðîìîæäàòü ðèñóíîê, ìû íå ñòàëè ðèñîâàòü ãåíåðèðóåìóþ èì óäàðíóþ âîëíó. Áåçûìÿííûå îáëàêà âîçìóùàþò ãàç âíóòðè îáëàñòåé I è II, ïðèäàâàÿ òå÷åíèþ îò÷àñòè õàîòè÷åñêèé õàðàêòåð è íàðóøàÿ ëèíèþ ãðàíèöû ðàçäåëà. Îáëàêà G è H ñòàëêèâàþòñÿ, è âíóòðü êàæäîãî èç íèõ áåãóò óäàðíûå âîëíû, êîòîðûå òàêæå áóäóò ïðåäìåòîì íàøåãî àíàëèçà. Êàê âèäíî äàæå èç îáùåé è âåñüìà ãðóáîé ñõåìû, äâóõôàçíûå

Ãëàâà 1. Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ

25

âåòðû äîëæíû â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè óñëîæíÿòü êàðòèíó òå÷åíèÿ è ïîðîæäàòü ìíîãî÷èñëåííûå óäàðíûå âîëíû ñ ñàìûìè ðàçíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè.

Âî-ïåðâûõ,

óäàðíûå

âîëíû

îáðàçóþòñÿ

ïðè

ñòîëêíîâåíèè ðàçðåæåííûõ êîìïîíåíòîâ çâ¼çäíûõ âåòðîâ. Ýòè óäàðíûå âîëíû ìîãóò áûòü êàê àäèàáàòè÷åñêèìè, òàê è ðàäèàòèâíûìè, â çàâèñèìîñòè îò ïàðàìåòðîâ ñòàëêèâàþùèõñÿ âåòðîâ. Âî-âòîðûõ, îáëàêà, ïðîëåòåâ ãðàíèöó ðàçäåëà, ñãðåáàþò ãàç ðàçðåæåííîãî êîìïîíåíòà âåòðà äðóãîé çâåçäû.  ñàìîì îáëàêå è â ðàçðåæåííîì êîìïîíåíòå ïðè ýòîì âçàèìîäåéñòâèè ãåíåðèðóþòñÿ óäàðíûå âîëíû. Êðîìå òîãî, ïðîèñõîäèò ñòîëêíîâåíèå îáëàêîâ, ïðèíàäëåæàùèõ ðàçíûì êîìïîíåíòàì ñèñòåìû, ìåæäó ñîáîé. Óäàðíûå âîëíû, ðàïðîñòðàíÿþùèåñÿ â ñòàëêèâàþùèõñÿ îáëàêàõ, ìîãóò áûòü êàê ðàäèàòèâíûìè, òàê è àäèàáàòè÷åñêèìè, ïðè÷¼ì âîçìîæíû òàêèå ñèòóàöèè: â îáîèõ îáëàêàõ ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ àäèàáàòè÷åñêèå âîëíû, â îáîèõ  ðàäèàòèâíûå, â îäíîì îáëàêå  ðàäèàòèâíàÿ óäàðíàÿ âîëíà, à â äðóãîì  àäèàáàòè÷åñêàÿ. Íàïîìíèì, ÷òî õàðàêòåð îáðàçóþùèõñÿ âîëí çàâèñèò îò ïëîòíîñòè îáëàêîâ è ñêîðîñòè èõ ñòîëêíîâåíèÿ. Ïðè îïðåäåë¼ííûõ îáñòîÿòåëüñòâàõ, åñëè èìåþòñÿ ôëóêòóàöèè ñêîðîñòè èñòåêàþùåãî âåùåñòâà, âîçìîæíî ñòîëêíîâåíèå îáëàêîâ, ïðèíàäëåæàùèõ âåòðó îäíîé çâåçäû. Ïðè ñêîðîñòè âåòðà ïîðÿäêà 3000 êì/ñ äîñòàòî÷íî ðàçëè÷èÿ â ñêîðîñòè îáëàêîâ â 300 400 êì/ñ, ÷òîáû òàêèå ñòîëêíîâåíèÿ áûëè âåðîÿòíû. Ïðè òàêîì âçàèìîäåéñòâèè â êàæäîì èç îáëàêîâ òîæå áóäóò ðàñïðîñòðàíÿòüñÿ óäàðíûå âîëíû. Íàïðàâëåíèå äâèæåíèÿ îáëàêîâ ïîñëå ñòîëêíîâåíèÿ çàâèñèò îò ñîîòíîøåíèÿ èõ ñêîðîñòåé äî ñòîëêíîâåíèÿ. Òî åñòü êàðòèíà ñòîëêíîâåíèÿ äâóõôàçíûõ âåòðîâ î÷åíü ñëîæíàÿ è ïðåäîñòàâëÿåò ìàññó âîçìîæíîñòåé äëÿ îáúÿñíåíèÿ íàáëþäåíèé. Òåïåðü êà÷åñòâåííî ðàññìîòðèì êàðòèíó ïðîë¼òà îäíîãî îáëàêà è ñòîëêíîâåíèå îäíîé ïàðû îáëàêîâ. Íà ðèñ. 1.3 èçîáðàæåíî âçàèìîäåéñòâèå ïëîòíîãî êîìïàêòíîãî îáëàêà ñ ðàçðåæåííûì ãàçîì. Îáëàêî ýëëèïòè÷åñêîé ôîðìû äâèæåòñÿ ñïðàâà íàëåâî, åãî ñêîðîñòü îáîçíà÷åíà äëèííîé ãîðèçîíòàëüíîé ñòðåëêîé. Ñêîðîñòü îáëàêà (2000  3000 êì/ñ) âî ìíîãî ðàç ïðåâîñõîäèò ñêîðîñòü çâóêà íåâîçìóù¼ííîãî ãàçà

Ãëàâà 1. Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ

26

R

îáæàòèå îáëàêà ãîðÿ÷èì ãàçîì

îñåâàÿ ëèíèÿ F

R R - óäàðíàÿ âîëíà â ðàçðåæåííîì ãàçå F - óäàðíàÿ âîëíà â îáëàêå

Ðèñ. 1.3: Äâèæåíèå îáëàêà â ðàçðåæåííîì ãàçå.

âåòðà (10  20 êì/ñ). Ïîýòîìó ñîîòâåòñòâóþùèé óãîë Ìàõà î÷åíü ìàë, è â ïåðâîì ïðèáëèæåíèè ìû ìîæåì ïðåäïîëîæèòü, ÷òî óäàðíàÿ âîëíà R â ðàçðåæåííîì ãàçå èìååò ôîðìó, áëèçêóþ ê öèëèíäðè÷åñêîé. Ãàç, íàãðåòûé íà ôðîíòå R, ðàñøèðÿåòñÿ â ðàçíûå ñòîðîíû ïåðïåíäèêóëÿðíî äâèæåíèþ îáëàêà. Ýòî ðàñøèðåíèå îáîçíà÷åíî êîðîòêèìè ñòðåëêàìè, íàïðàâëåííûìè âíå öèëèíäðà. Íàïîð ãîðÿ÷åãî ðàçðåæåííîãî ãàçà ïîçàäè ôðîíòà R ãåíåðèðóåò óäàðíóþ âîëíó â îáëàêå. Íà ðèñóíêå ÷àñòü îáëàêà, âîçìóù¼ííàÿ óäàðíîé âîëíîé, çàêðàøåíà. Ñòðåëêè ïîêàçûâàþò äâèæåíèå ôðîíòà âíóòðü îáëàêà. Ñêîðîñòü ôðîíòà îòíîñèòåëüíî îáëàêà çíà÷èòåëüíî íèæå êàê ñêîðîñòè ñàìîãî îáëàêà, òàê è ñêîðîñòè ðàñøèðåíèÿ öèëèíäðà.  ñèëó âûñîêîé ïëîòíîñòè îáëàêà óäàðíàÿ âîëíà â í¼ì áûñòðî âûñâå÷èâàåòñÿ è äà¼ò èçëó÷åíèå â óëüòðàôèîëåòîâîì è ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíàõ ñïåêòðà. Ýâîëþöèÿ

êîðèäîðîâ

ãîðÿ÷åãî

ãàçà

â

ïåðâîì

ïðèáëèæåíèè

ìîæåò áûòü îïèñàíà ñïîñîáîì, îáû÷íî ïðèìåíÿåìûì äëÿ îñòàòêîâ ñâåðõíîâûõ [77]. À èìåííî, ïîñëåäîâàòåëüíî ðàññìàòðèâàþòñÿ òðè ñòàäèè ðàñøèðåíèÿ: ñíà÷àëà ñâîáîäíîãî ðàçë¼òà, à çàòåì ñìåíÿþò äðóã äðóãà àäèàáàòè÷åñêîå è ðàäèàòèâíîå òîðìîæåíèå. Íà ïåðâîé ñòàäèè òîðìîæåíèÿ ãàç ïîñëå ïðîõîæäåíèÿ ôðîíòà óäàðíîé âîëíû ðàñøèðÿåòñÿ

Ãëàâà 1. Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ

27

àäèàáàòè÷åñêè, à íà âòîðîé ñòàäèè ïðîèñõîäèò âûñâå÷èâàíèå. Îòëè÷èå ðàññìàòðèâàåìîé çàäà÷è îò îñòàòêîâ ñâåðõíîâûõ çàêëþ÷àåòñÿ â áîëåå âûñîêîé ïëîòíîñòè ãàçà è â èíîì òèïå ñèììåòðèè  öèëèíäðè÷åñêîì, à íå ñôåðè÷åñêîì, êàê â ñëó÷àå îñòàòêîâ ñâåðõíîâûõ. Äëÿ ñëó÷àÿ ìåæçâ¼çäíîé

ñðåäû

ýâîëþöèÿ

ãîðÿ÷èõ

öèëèíäðîâ

îáñóæäàëàñü

Áû÷êîâûì [57]. Íà àäèàáàòè÷åñêîé ñòàäèè ðàñøèðåíèå öèëèíäðà ñîïðîâîæäàåòñÿ ïàäåíèåì ïëîòíîñòè âíóòðè íåãî. À êîãäà íàñòóïàåò ñòàäèÿ âûñâå÷èâàíèÿ, êàâåðíà îêàçûâàåòñÿ îêðóæ¼ííîé ïëîòíîé êîðêîé õîëîäíîãî ãàçà. Ãðàôèê ðàñïðåäåëåíèÿ ïëîòíîñòè äëÿ óêàçàííûõ äâóõ ñëó÷àåâ ñõåìàòè÷åñêè ïðèâåä¼í íà ðèñ.1.4. ãàç, óïëîòí¸ííûé â ðåçóëüòàòå âûñâå÷èâàíèÿ

àäèàáàòè÷åñêîå ðàñøèðåíèå çà ôðîíòîì R

ðàçðåæåííûé àäèàáàòè÷åñêè ðàñøèðÿþùèéñÿ ãàç ê îñåâîé ëèíèè

R

ñòàäèÿ âûñâå÷èâàíèÿ

ê îñåâîé ëèíèè

R

àäèàáàòè÷åñêàÿ ñòàäèÿ

Ðèñ. 1.4: Ðàñïðåäåëåíèå ïëîòíîñòè âíóòðè ðàñøèðÿþùåãîñÿ öèëèíäðà.

Ïåðåéä¼ì ê ïîñëåäíåìó ýëåìåíòó íàøåé êàðòèíû: ñòîëêíîâåíèþ îáëàêîâ. Âî âðåìÿ ñòîëêíîâåíèÿ âíóòðü êàæäîãî îáëàêà áåæèò óäàðíàÿ âîëíà. Íà ðèñ.1.5 îíè îáîçíà÷åíû F1 è F2 , óäàðíûå âîëíû ïîìå÷åíû ïóíêòèðíûìè ëèíèÿìè, à âîçìóù¼ííûé ãàç  çàøòðèõîâàí. Ñêîðîñòü ñòîëêíîâåíèÿ, èëè îòíîñèòåëüíàÿ ñêîðîñòü îáëàêîâ çàâèñèò îò òî÷êè â ïðîñòðàíñòâå, ãäå îáëàêà âñòðåòèëèñü. Âáëèçè ëîáîâîé òî÷êè ñêîðîñòü ñòîëêíîâåíèÿ ðàâíà ñóììå ñêîðîñòåé îáëàêîâ. Åñëè æå îäíî îáëàêî äîãîíÿåò äðóãîå, òî ñêîðîñòè âû÷èòàþòñÿ. Ïðè çàäàííîé îòíîñèòåëüíîé ñêîðîñòè âåëè÷èíà ñêîðîñòè ôðîíòà âíóòðè êàæäîãî èç íèõ çàâèñèò îò îòíîøåíèÿ ïëîòíîñòåé îáëàêîâ, èëè êîíòðàñòà ïëîòíîñòè: â ìåíåå ïëîòíîì îáëàêå ôðîíò äâèæåòñÿ

Ãëàâà 1. Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ

28

F1 ìåíåå ïëîòíîå îáëàêî

âûñâå÷èâàíèå

íåâîçìóùåííûé ãàç

âûñâå÷èâàíèå èëè àäèàáàòè÷åñêîå ðàñøèðåíèå

ãðàíèöà ñòîëêíîâåíèÿ

íåâîçìóùåííûé ãàç

F2 áîëåå ïëîòíîå îáëàêî

íàïðàâëåíèÿ ñêîðîñòåé îáëàêîâ Ðèñ. 1.5: Ñòîëêíîâåíèå îáëàêîâ.

áûñòðåå. ×àñòî ïëîòíîñòè îáîèõ îáëàêîâ íàñòîëüêî âåëèêè, ÷òî ãàç â íèõ óñïåâàåò âûñâåòèòüñÿ.  ýòîì ñëó÷àå êàðòèíà òå÷åíèÿ áëèçêà ê ñòàöèîíàðíîé, òàê êàê âðåìÿ îõëàæäåíèÿ ìåíüøå âñåõ îñòàëüíûõ âðåìåííûõ
ìàñøòàáîâ. Åñëè æå êîíòðàñò ïëîòíîñòè ñëèøêîì âåëèê, òî ìåíåå ïëîòíîå îáëàêî ìîæåò íå óñïåòü âûñâåòèòüñÿ, è òîãäà îíî áóäåò ðàñøèðÿòüñÿ àäèàáàòè÷åñêè. Ðàäèàòèâíàÿ óäàðíàÿ âîëíà â ýòîì ñëó÷àå ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ òîëüêî â áîëåå ïëîòíîì îáëàêå. Îòìåòèì, ÷òî ïðè áîëüøîé ïëîòíîñòè èçëó÷åíèå áóäåò ñëàáûì èç-çà íèçêîé ñêîðîñòè óäàðíîé âîëíû. Ðàññìîòðèì âîïðîñ îá îáëàñòÿõ, â êîòîðûõ ïðè ñòîëêíîâåíèè îáëàêîâ ôîðìèðóåòñÿ ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå è îáðàçóåòñÿ ïûëü. Íà ðèñ 1.6 ñõåìàòè÷åñêè èçîáðàæåíî ñòîëêíîâåíèå îáëàêîâ ñ ïîñëåäóþùèì âûñâå÷èâàíèåì. Îáëàêî CWR , âûëåòåâøåå èç çâåçäû òèïà ÂîëüôàÐàéå, ñòàëêèâàåòñÿ ñ îáëàêîì COB îò OB-çâåçäû.  ðåçóëüòàòå îáðàçóåòñÿ ñîñòàâíîå îáëàêî, âåëè÷èíà è íàïðàâëåíèå ñêîðîñòè êîòîðîãî îïðåäåëÿþòñÿ çàêîíîì ñîõðàíåíèÿ èìïóëüñà ïðè íåóïðóãîì óäàðå. Âåðòèêàëüíîé ëèíèåé B ïîìå÷åíà ãðàíèöà ñòîëêíîâåíèÿ îáëàêîâ. Âíóòðü êàæäîãî îáëàêà ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ óäàðíûå âîëíû: SWR è

SOB , íà ðèñóíêå îíè îáîçíà÷åíû âåðòèêàëüíûìè ëèíèÿìè. Êîðîòêèå

Ãëàâà 1. Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ

29

SWR

COB x-ray

cold

x-ray

CWR

dust

B

SOB

Ðèñ. 1.6: Îáëàñòü îáðàçîâàíèÿ ïûëè

ãîðèçîíòàëüíûå ñòðåëêè óêàçûâàþò íàïðàâëåíèå ñêîðîñòè ôðîíòà îòíîñèòåëüíî êàæäîãî îáëàêà. Íà ôðîíòå óäàðíîé âîëíû, SWR èëè SOB , òåìïåðàòóðà äîñòèãàåò ñîòåí ìèëëèîíîâ ãðàäóñîâ. Ïî ïðåäïîëîæåíèþ îáà îáëàêà âûñâå÷èâàþòñÿ. Îáëàñòè, â êîòîðûõ ôîðìèðóåòñÿ ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå, íàõîäÿòñÿ ñðàçó çà ôðîíòîì. Íà ðèñóíêå ýòè îáëàñòè îáîçíà÷åíû x-ray.  ñèëó îòíîñèòåëüíî ìàëûõ ðàçìåðîâ îáëàêîâ, óäàðíûå âîëíû ïðîõîäÿò ïî íèì äîâîëüíî áûñòðî, ïîýòîìó ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå, ïîëó÷àþùååñÿ ïðè ñòîëêíîâåíèè îáëàêîâ, íîñèò âñïûøå÷íûé õàðàêòåð. Ýòè âñïûøêè ñóììèðóþòñÿ, è ïîëó÷àåòñÿ êâàçèíåïðåðûâíûé ðåíòãåíîâñêèé ñïåêòð. Âäàëè îò ôðîíòà îêîëî ãðàíèöû ðàçäåëà B ìîãóò îáðàçîâàòüñÿ äîñòàòî÷íî õîëîäíûå è âåñüìà ïëîòíûå îáëàñòè íåéòðàëüíîãî ãàçà. Íà ðèñóíêå îíè îáîçíà÷åíû cold â îáëàêå îò OB-çâåçäû è dust â îáëàêå îò çâåçäû òèïà Âîëüôà-Ðàéå. Âûñîêàÿ ïëîòíîñòü â íèõ ÿâëÿåòñÿ ñëåäñòâèåì òîãî, ÷òî óìåíüøåíèå òåìïåðàòóðû ïðîèñõîäèò íà ôîíå ïî÷òè ïîñòîÿííîãî äàâëåíèÿ. Ìû ïðåäïîëàãàåì, ÷òî ïûëü îáðàçóåòñÿ â îáëàñòè dust  ýòî õîëîäíûé è ïëîòíûé ãàç, ñîäåðæàùèé áîëüøîå êîëè÷åñòâî óãëåðîäà. Äëÿ òîãî, ÷òîáû ñôîðìèðîâàëàñü ïûëü, óãëåðîä äîëæåí ðåêîìáèíèðîâàòü è îñòûòü ïðèáëèçèòåëüíî äî 1000 Ê. Ïûëü íå ìîæåò îáðàçîâûâàòüñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà óïëîòí¼ííîå âåùåñòâî íå áóäåò îòíåñåíî îò çâ¼çä íà òàêîå ðàññòîÿíèå, ÷òîáû ãàç íå ïðîãðåâàëñÿ èçëó÷åíèåì çâ¼çä. Íèæíÿÿ ãðàíèöà èîíèçàöèè è òåìïåðàòóðû âûñâå÷èâàþùåãîñÿ ãàçà îïðåäåëÿåòñÿ

Ãëàâà 1. Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõêîìïîíåíòíûõ âåòðîâ

30

èçëó÷åíèåì çâ¼çä, âõîäÿùèõ â ñèñòåìó. Ïîëó÷àåòñÿ, ÷òî ïûëü è ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå ôîðìèðóþòñÿ â ðàçíûõ îáëàñòÿõ îáëàêîâ è â ðàçíûå ìîìåíòû âðåìåíè. Ïîäðîáíî ìåõàíèçì îáðàçîâàíèÿ ðåíòãåíîâñêîãî ñïåêòðà îïèñàí â ãëàâå 3, à ïðîöåññ îáðàçîâàíèÿ ïûëè  â ãëàâå 4. Òàêèì îáðàçîì, äàæå â îäíîì ýëåìåíòå êàðòèíû  ñòîëêíîâåíèè îáëàêîâ  èìååò ìåñòî äîñòàòî÷íî øèðîêèé íàáîð âîçìîæíîñòåé.  öåëîì ìîæíî ñêàçàòü, ÷òî ïðèñóòñòâèå îáëàêîâ äåëàåò òå÷åíèå ãàçà çíà÷èòåëüíî áîëåå ðàçíîîáðàçíûì, ÷åì â ñëó÷àå òîëüêî ðàçðåæåííîãî êîìïîíåíòà.

Ãëàâà 2 Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû Ñïåêòð èçëó÷åíèÿ ãàçà, âîçìóù¼ííîãî óäàðíîé âîëíîé, îïðåäåëÿåòñÿ èîíèçàöèîííîé è òåïëîâîé ñòðóêòóðîé òå÷åíèÿ â öåëîì. Äëÿ êðàòêîñòè â ýòîé ãëàâå ïîä óäàðíîé âîëíîé ìû áóäåì ïîíèìàòü âñþ îáëàñòü âîçìóù¼ííîãî ãàçà, à íå òîëüêî âÿçêèé ñêà÷îê. Óçêàÿ îáëàñòü âÿçêîãî ñêà÷êà íå âëèÿåò íà ñïåêòð èçëó÷åíèÿ, ïîýòîìó ìû áóäåì å¼ òðàêòîâàòü â êëàññè÷åñêîì ñòèëå, êàê ðàçðûâ èîííîé òåìïåðàòóðû, ñêîðîñòè è ïëîòíîñòè ãàçà. Ìû íå áóäåì òàêæå ðàçëè÷àòü ñêîðîñòè èîíîâ è ýëåêòðîíîâ, íî ïðèìåì âî âíèìàíèå äâà ôàêòîðà, ñïîñîáíûå, â ïðèíöèïå, äàòü îïðåäåë¼ííûé âêëàä â èçëó÷åíèå. Ýòî  ðàçëè÷èå òåìïåðàòóðû èîíîâ è ýëåêòðîíîâ, à òàêæå ýëåêòðîííàÿ òåïëîïðîâîäíîñòü. Êðîìå òîãî, ìû ðàññìîòðèì âëèÿíèå ôîòîèîíèçàöèè íà èçëó÷åíèå ãàçà â ëèíèÿõ ðåçîíàíñíûõ ïåðåõîäîâ âîäîðîäî è ãåëèåïîäîáíûõ èîíîâ æåëåçà. Âñå ïåðå÷èñëåííûå ôàêòîðû âàæíû èìåííî â óñëîâèÿõ ñòàëêèâàþùèõñÿ çâ¼çäíûõ âåòðîâ îò ãîðÿ÷èõ çâ¼çä.

31

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

32

2.1 Ðàñ÷¼ò âûñâå÷èâàíèÿ óäàðíîé âîëíû ñ ó÷¼òîì ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè è îáìåíîì ýíåðãèåé ìåæäó èîíàìè è ýëåêòðîíàìè Âëèÿíèå ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè íà ñòðóêòóðó óäàðíîé âîëíû ñ ó÷¼òîì ðàçëè÷èÿ èîííîé è ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóð âïåðâûå áûëî èçó÷åíî Øàôðàíîâûì [78], â ñòàòüå ïðèâåä¼í òîëüêî îêîí÷àòåëüíûé ðåçóëüòàò. Ìû â ñâîåé ðàáîòå ñíà÷àëà íàøëè àíàëèòè÷åñêîå ðåøåíèå çàäà÷è, êîòîðîé çàíèìàëñÿ Øàôðàíîâ, à çàòåì èññëåäîâàëè âëèÿíèå ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè íà ñòðóêòóðó óäàðíîé âîëíû ñ ó÷¼òîì ðàçëè÷èÿ ýëåêòðîííîé è èîííîé òåìïåðàòóð è âûñâå÷èâàíèÿ ïðîçðà÷íîãî ãàçà ïóò¼ì òîðìîçíîãî èçëó÷åíèÿ. Çàäà÷à ñ âûñâå÷èâàíèåì áîëåå ñëîæíàÿ, è ïîñòðîèòü àíàëèòè÷åñêîå ðåøåíèå íà âñåé îáëàñòè òå÷åíèÿ îêàçàëîñü íåâîçìîæíûì. Ïðîöåññû ðàäèàöèîííîãî îõëàæäåíèÿ èãðàþò âàæíóþ ðîëü â àñòðîôèçèêå, âî ìíîãîì îïðåäåëÿÿ ñïåêòð èçëó÷åíèÿ íàãðåòîãî ãàçà. Âëèÿíèå òåïëîïðîâîäíîñòè íà îõëàæäåíèå ðàñò¼ò ñ óâåëè÷åíèåì ñêîðîñòè óäàðíîé âîëíû. Ïîýòîìó çäåñü íàñ èíòåðåñóþò äîñòàòî÷íî áûñòðûå ïîòîêè ãàçà, õàðàêòåðíûå, íàïðèìåð, äëÿ âñïûøåê ñâåðõíîâûõ, âåòðîâ îò O è WRçâ¼çä, ÿäåð àêòèâíûõ ãàëàêòèê. Ñòðóêòóðà òå÷åíèÿ â ðàññìàòðèâàåìîé çàäà÷å îïðåäåëÿåòñÿ, ãëàâíûì îáðàçîì, ñêîðîñòüþ u0 è ïëîòíîñòüþ n0 íåâîçìóù¼ííîãî ãàçà. Äëÿ óêàçàííûõ âûøå ïðèëîæåíèé òèïè÷åí äèàïàçîí

3000 êì/ñ < u0 < 10 000 êì/ñ ,

11 < lg n0 < 15,

(2.1)

ïðè÷¼ì n0 âûðàæàåòñÿ â ñì−3 .  ðàáîòå ìû ïðèíèìàëè âî âíèìàíèå âûñâå÷èâàíèå òîëüêî ïóò¼ì òîðìîçíîãî èçëó÷åíèÿ. Îòñþäà ñëåäóåò íèæíèé ïðåäåë u0 : ïðè ñêîðîñòÿõ ôðîíòà ìåíüøèõ, ÷åì 3000 êì/ñ, çàìåòíûé âêëàä â îõëàæäåíèå ìîæåò äàâàòü âîçáóæäåíèå èîíîâ æåëåçà. Äàëåå, ìû ïîëüçîâàëèñü íåðåëÿòèâèñòñêèì ïðèáëèæåíèåì äëÿ ñå÷åíèé âñåõ ýëåìåíòàðíûõ ïðîöåññîâ. Ýòî ïðèáëèæåíèå îïðåäåëÿåò îãðàíè÷åíèå ñêîðîñòè íåâîçìóù¼ííîãî ãàçà ñâåðõó: u0 < 10 000 êì/ñ. Òåìïåðàòóðà

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

33

íåâîçìóù¼ííîãî ãàçà T0 , êàê ïðàâèëî, íå ïðåâûøàåò (1 − 2) × 104 K, ÷òî ïî êðàéíåé ìåðå íà ÷åòûðå ïîðÿäêà ìåíüøå, ÷åì òåìïåðàòóðà ãàçà íà ôðîíòå. Ïîýòîìó ìû ïðèìåíÿåì ïðèáëèæåíèå áåñêîíå÷íî ñèëüíîé óäàðíîé âîëíû, â êîòîðîì äàâëåíèå íåâîçìóù¼ííîãî ãàçà ïîëàãàåòñÿ ðàâíûì íóëþ. Ïðèâåä¼ì îñíîâíûå îáëàñòè òå÷åíèÿ. Íà ðèñ. 2.1 ñõåìàòè÷åñêè (áåç ñîáëþäåíèÿ ìàñøòàáîâ) âíèçó èçîáðàæåíû ÷åòûðå îñíîâíûå îáëàñòè òå÷åíèÿ ãàçà. Äëÿ ñðàâíåíèÿ ââåðõó ïðèâåä¼í ðåçóëüòàò, ïîëó÷åííûé Øàôðàíîâûì áåç ó÷¼òà âûñâå÷èâàíèÿ ïðîçðà÷íîãî ãàçà ïóò¼ì òîðìîçíîãî èçëó÷åíèÿ. Èç ðàáîòû Øàôðàíîâà èçâåñòíî, ÷òî â

Ti Te

2 0

3 Mu 32 k

Te

Ti

W W Ti Te

2 0

3 Mu 32 k

Ti

W I

W II

III

IIIa

IV

Ðèñ. 2.1: Îñíîâíûå îáëàñòè òå÷åíèÿ. Ââåðõó  èç ñòàòüè Øàôðàíîâà, âíèçó  ñ ó÷¼òîì âûñâå÷èâàíèÿ ïðîçðà÷íîãî ãàçà ïóò¼ì òîðìîçíîãî èçëó÷åíèÿ.

ñëó÷àå áåñêîíå÷íî ñèëüíîé óäàðíîé âîëíû ýëåêòðîííàÿ òåìïåðàòóðà

Te îáðàùàåòñÿ â íóëü íà êîíå÷íîì ðàññòîÿíèè ïåðåä âÿçêèì ñêà÷êîì. Ýòó îáëàñòü ìû îáîçíà÷èì I. Çäåñü ýëåêòðîíû íàãðåâàþòñÿ áëàãîäàðÿ

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

34

òåïëîïðîâîäíîñòè. Òåïëîâîé ïîòîê W óìåíüøàåòñÿ îò çíà÷åíèÿ, ðàâíîãî íóëþ, óâåëè÷èâàÿñü ïî àáñîëþòíîé âåëè÷èíå. Òåìïåðàòóðà ïðîòîíîâ Tp ìåäëåííî óâåëè÷èâàåòñÿ, îñòàâàÿñü çíà÷èòåëüíî ìåíüøå, ÷åì Te . Íàãðåâ ïðîòîíîâ ïðîèñõîäèò, â îñíîâíîì, çà ñ÷¼ò îáìåíà ýíåðãèåé ñ ýëåêòðîíàìè. Íà ôðîíòå, êîòîðûé îáîçíà÷åí íà ðèñóíêå âåðòèêàëüíîé ñòðåëêîé, çíà÷åíèÿ âñåõ âåëè÷èí, êðîìå Te , ìåíÿþòñÿ ñêà÷êîì. Ñêà÷îê òåïëîâîãî ïîòîêà W ïðèâîäèò ê èçëîìó ãðàôèêà ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóðû â òî÷êå ôðîíòà. Ïðîòîíû ñòàíîâÿòñÿ ãîðÿ÷åå ýëåêòðîíîâ, à òåïëîâîé ïîòîê óâåëè÷èâàåòñÿ, îñòàâàÿñü îòðèöàòåëüíûì, òî åñòü óìåíüøàåòñÿ ïî àáñîëþòíîé âåëè÷èíå. Ýëåêòðîííàÿ òåìïåðàòóðà ñïðàâà îò ôðîíòà ìåíÿåòñÿ íåìîíîòîííî: ñíà÷àëà îíà ðàñò¼ò, â îñíîâíîì, çà ñ÷¼ò îáìåíà ýíåðãèåé ñ ïðîòîíàìè, à çàòåì ïàäàåò âñëåäñòâèå âûñâå÷èâàíèÿ. Ó÷àñòîê ðîñòà Te ñïðàâà îò ôðîíòà îáîçíà÷èì II.  òî÷êå ìàêñèìóìà Te òåïëîâîé ïîòîê ïðîäîëæàåò ðàñòè, ïðîõîäÿ ÷åðåç íóëü. Åãî óâåëè÷åíèå îáóñëîâëåíî, ãëàâíûì îáðàçîì, ïðåâûøåíèåì ñêîðîñòè îáìåíà íàä òåìïîì âûñâå÷èâàíèÿ. Ñêîðîñòü îáìåíà ïîñòåïåííî óìåíüøàåòñÿ, ÷òî ïðèâîäèò ê ïàäåíèþ ãðàäèåíòà ïîòîêà, è â íåêîòîðîé òî÷êå âåëè÷èíà W äîñòèãàåò ìàêñèìóìà. Îáëàñòü ìåæäó ìàêñèìóìàìè

Te è W îáîçíà÷èì III. Ïðè íåáîëüøèõ çíà÷åíèÿõ ïîêàçàòåëÿ âûñâå÷èâàíèÿ ξ , êîòîðûé ââîäèòñÿ íèæå ñîîòíîøåíèåì (2.56), â ýòîé îáëàñòè òåìïåðàòóðû èîíîâ è ýëåêòðîíîâ óæå ñòàíîâÿòñÿ ïðàêòè÷åñêè ðàâíûìè.  îáëàñòè IV ïðîèñõîäèò îõëàæäåíèå ïðè ìîíîòîííîì óìåíüøåíèè ïîòîêà òåïëà, ïðè÷¼ì â ïðèáëèæåíèè ïîëíîñòüþ èîíèçîâàííîãî ãàçà òåìïåðàòóðà îáðàùàåòñÿ â íóëü íà êîíå÷íîì ðàññòîÿíèè îò ôðîíòà. Åñëè òåìïåðàòóðû íå âûðîâíÿëèñü íà ïðåäûäóùåé ñòàäèè, òî â íà÷àëå îáëàñòè IV ìîæåò ïðîèñõîäèòü îêîí÷àòåëüíûé âûõîä íà îäíîòåìïåðàòóðíûé ðåæèì. Íà ðèñ. 2.1 ïåðåõîäíàÿ îáëàñòü îáîçíà÷åíà IIIà. Ïðè ìàëûõ çíà÷åíèÿõ ïàðàìåòðà âûñâå÷èâàíèÿ ξ îíà ìîæåò îòñóòñòâîâàòü. Èç ðèñ. 2.1 õîðîøî âèäíî, ÷òî âûñâå÷èâàíèå ãàçà ïóò¼ì òîðìîçíîãî èçëó÷åíèÿ ïðèíöèïèàëüíî ìåíÿåò õàðàêòåð òå÷åíèÿ ãàçà. Âî-ïåðâûõ, óñòàíîâèâøååñÿ çíà÷åíèå òåìïåðàòóðû ïîçàäè âÿçêîãî ñêà÷êà óæå íå

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

35

îïðåäåëÿåòñÿ àäèàáàòîé Ãþãîíèî: åñëè íåò äîïîëíèòåëüíûõ èñòî÷íèêîâ íàãðåâà, òî òåìïåðàòóðà, ïðîéäÿ ÷åðåç ìàêñèìóì, çàòåì ïàäàåò äî íóëÿ. Âî-âòîðûõ, ïî ìåðå îõëàæäåíèÿ ãàç ñæèìàåòñÿ ñîñåäíèìè, åùå íå îñòûâøèìè ñëîÿìè; â ðåçóëüòàòå åãî ïëîòíîñòü ðàñò¼ò ïðèáëèçèòåëüíî èçîáàðè÷åñêè.

2.1.1 Ñòàöèîíàðíûå óðàâíåíèÿ äâèæåíèÿ ïîëíîñòüþ èîíèçîâàííîãî âîäîðîäà ñ ó÷¼òîì ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè è îáìåíà ýíåðãèåé ìåæäó èîíàìè è ýëåêòðîíàìè Óðàâíåíèå íåïðåðûâíîñòè

 ïîëíîñòüþ èîíèçîâàííîì âîäîðîäå ïðè îòñóòñòâèè ïðîöåññîâ èîíèçàöèè è ðåêîìáèíàöèè ñïðàâåäëèâû óðàâíåíèÿ íåïðåðûâíîñòè äëÿ ïðîòîíîâ

np up = np0 up0 = jp

(2.2)

ne ue = ne0 ue0 = je .

(2.3)

è äëÿ ýëåêòðîíîâ Çäåñü íå çàâèñÿùèå îò êîîðäèíàòû ïîòîêè jp è je âûðàæàþòñÿ ÷åðåç ôîíîâûå çíà÷åíèÿ ïëîòíîñòè ÷èñëà ïðîòîíîâ np0 , ýëåêòðîíîâ ne0 è èõ ñêîðîñòåé up0 è ue0 .  ãèäðîäèíàìè÷åñêîì ïðèáëèæåíèè (2.2) è (2.3) ñâîäÿòñÿ ê îäíîìó óðàâíåíèþ. Âîïåðâûõ, ãèäðîäèíàìè÷åñêîå ïðèáëèæåíèå ïðåäïîëàãàåò âûïîëíåííûì óñëîâèå ýëåêòðîíåéòðàëüíîñòè, êîòîðîå ñâÿçûâàåò äðóã ñ äðóãîì èîííóþ è ýëåêòðîííóþ ïëîòíîñòè:

ne = np = n .

(2.4)

Äàëåå, ïðè ðàçäåëåíèè çàðÿäîâ âîçíèêàåò ýëåêòðîñòàòè÷åñêîå ïîëå, óâëåêàþùåå ÷àñòèöû ïðîòèâîïîëîæíîãî çíàêà äðóã çà äðóãîì.  ñèëó ýòîãî íàïðàâëåííûå ñêîðîñòè èîíîâ è ýëåêòðîíîâ â ãèäðîäèíàìè÷åñêîì ïðèáëèæåíèè ïðèíèìàþòñÿ îäèíàêîâûìè:

ue = up = u .

(2.5)

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

36

Èç (2.2)(2.5) ñëåäóåò

ne ue = np up = n0 u0 = j .

(2.6)

Çäåñü n0 è u0  ôîíîâûå çíà÷åíèÿ ïëîòíîñòè ÷èñëà ÷àñòèö è ñêîðîñòè,

j  ïëîòíîñòü ïîòîêà. Óðàâíåíèå äâèæåíèÿ

Óðàâíåíèÿ äâèæåíèÿ äëÿ ïðîòîíîâ è ýëåêòðîíîâ â òîì æå ãèäðîäèíàìè÷åñêîì

ïðèáëèæåíèè

äëÿ

ïîëíîñòüþ

èîíèçîâàííîãî

âîäîðîäà èìåþò âèä:

mn

due dpe =− − enE , dt dx

(2.7)

dup dpp =− + enE , (2.8) dt dx Çäåñü pp è pe  äàâëåíèÿ ïðîòîíîâ è ýëåêòðîíîâ ñîîòâåòñòâåííî, E  íàïðÿæ¼ííîñòü ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî ïîëÿ, âûçâàííîãî ðàçäåëåíèåì Mn

çàðÿäîâ, e  ýëåìåíòàðíûé çàðÿä, m  ìàññà ýëåêòðîíà, M  ìàññà ïðîòîíà. Âîîáùå ãîâîðÿ, äëÿ âû÷èñëåíèÿ E íåîáõîäèìî äîïîëíèòü (2.7) è (2.8) óðàâíåíèÿìè Ìàêñâåëëà. Îäíàêî â äàííîì ñëó÷àå ïðèñóòñòâóåò óïðîùàþùåå îáñòîÿòåëüñòâî, ñâÿçàííîå ñ ìàëîé âåëè÷èíîé îòíîøåíèÿ

m/M = 1/1836.  ñàìîì äåëå, ñëàãàåìûå â ïðàâûõ ÷àñòÿõ (2.7) è (2.8) ñðàâíèìû ïî ïðÿäêó âåëè÷èíû, à îòíîøåíèå ëåâûõ ÷àñòåé ýòèõ óðàâíåíèé ðàâíî 1/1836. Ïîýòîìó ñëàãàåìûå â ïðàâîé ÷àñòè (2.7) ïî÷òè êîìïåíñèðóþò äðóã äðóãà, îòêóäà ïîëó÷àåì âûðàæåíèå äëÿ E ÷åðåç ãðàäèåíò ýëåêòðîííîãî äàâëåíèÿ:

enE = −

dpe . dx

(2.9)

Ïîäñòàâèâ ïîëó÷åííîå çíà÷åíèå E â (2.8) ñ ó÷¼òîì (2.4), ïðèõîäèì ê ñëåäóþùåé ôîðìå óðàâíåíèÿ äâèæåíèÿ:

Mn

du d(pp + pe ) =− . dt dx

(2.10)

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

37

Ñóììó ïðîòîííîãî è ýëåêòðîííîãî äàâëåíèÿ ïðèíÿòî íàçûâàòü ïîëíûì äàâëåíèåì p:

p = pp + pe .

(2.11)

Óðàâíåíèå (2.10) ñ ó÷¼òîì (2.11) ïðèíèìàåò âèä

ρ

du dp =− , dt dx

(2.12)

ãäå ρ = M n  ïëîòíîñòü ãàçà. Èç (2.10) ñëåäóåò, â ÷àñòíîñòè, ÷òî ïëàçìà ïîä÷èíÿåòñÿ çàêîíó Äàëüòîíà è âåä¼ò ñåáÿ êàê èäåàëüíûé ãàç.  ñòàöèîíàðíîì ñëó÷àå ëåâàÿ ÷àñòü (2.12) ðàâíà ρu du/dx, è â ñèëó ïîñòîÿíñòâà ïîòîêà ρu óðàâíåíèå äâèæåíèÿ ìîæåò áûòü çàïèñàíî â àëãåáðàè÷åñêîé ôîðìå

ρu2 + p = ρ0 u20 + p0 .

(2.13)

Çäåñü èíäåêñîì 0 ïîìå÷åíû ôîíîâûå çíà÷åíèÿ ïëîòíîñòè, ñêîðîñòè è ñóììàðíîãî äàâëåíèÿ. Äàâëåíèÿ ïðîòîííîãî è ýëåêòðîííîãî êîìïîíåíòîâ ïëàçìû ìîãóò áûòü ðàçíûìè âñëåäñòâèå ðàçëè÷èÿ ìåæäó òåìïåðàòóðàìè ïðîòîíîâTp è ýëåêòðîíîâ Te . Ïëàçìà, â êîòîðîé ïðîòîíû è ýëåêòðîíû òåðìàëèçîâàíû, íî íàãðåòû â ðàçíîé ñòåïåíè, íàçûâàåòñÿ äâóõòåìïåðàòóðíîé. Äàâëåíèå êàæäîãî êîìïîíåíòà âûðàæàåòñÿ ÷åðåç åãî ïëîòíîñòü è òåìïåðàòóðó ïî ôîðìóëå Êëàïåéðîíà

pk = nTk ,

(2.14)

ãäå èíäåêñ k îáîçíà÷àåò p èëè e. Ñóììàðíîå äàâëåíèå ÷àñòî çàïèñûâàþò â ôîðìå, ïîäîáíîé (2.14), ââîäÿ äëÿ ýòîãî òàê íàçûâàåìóþ ñóììàðíóþ òåìïåðàòóðó Σ:

Σ = T p + Te .

(2.15)

Ñóììàðíîå äàâëåíèå ìîæíî âûðàçèòü ÷åðåç ñóììàðíóþ òåìïåðàòóðó ïî ôîðìóëå, àíàëîãè÷íîé ôîðìóëå Êëàïåéðîíà:

p = np Σ .

(2.16)

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

38

Íåîáõîäèìî èìåòü â âèäó ðàçëè÷èå ìåæäó ôîðìóëàìè (2.14) è (2.16). Ôîðìóëà (2.14) èìååò ñìûñë êàê óðàâíåíèå ñîñòîÿíèÿ èäåàëüíîãî ãàçà, â òî âðåìÿ êàê (2.16) ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïðîñòî áîëåå óäîáíóþ ôîðìó óðàâíåíèÿ (2.11). Óðàâíåíèå ýíåðãèè

Óðàâíåíèå ýíåðãèè ñëåäóåò èç ïåðâîãî çàêîíà òåðìîäèíàìèêè

dE + pdV = dQ .

(2.17)

Çäåñü dE  èçìåíåíèå âíóòðåííåé ýíåðãèè íåêîòîðîé ìàññû ãàçà, dV  èçìåíåíèå å¼ îáú¼ìà, dQ  âåëè÷èíà ïåðåäàííîãî åé òåïëà, p  äàâëåíèå ãàçà. Ôîðìà çàïèñè óðàâíåíèÿ (2.17) çàâèñèò îò ñïîñîáà îïðåäåëåíèÿ îáú¼ìà V . Íèæå ìû áóäåì çàïèñûâàòü âñå àääèòèâíûå âåëè÷èíû  E ,

V è Q  â ðàñ÷¼òå íà îäèí èîí. Îáú¼ì ãàçà, ïðèõîäÿùèéñÿ íà îäèí èîí â ïîëíîñòüþ èîíèçîâàííîì âîäîðîäå, ðàâåí 1/n. Âíóòðåííþþ ýíåðãèþ, ðàcc÷èòàííóþ íà îäèí èîí, îáîçíà÷èì ÷åðåç E , à êîëè÷åñòâî ïåðåäàííîãî òåïëà  ÷åðåç R.  ðàññìàòðèâàåìîé çàäà÷å óäîáíî ïîëüçîâàòüñÿ ñóáñòàíöèîíàëüíîé ïðîèçâîäíîé ïî âðåìåíè d/dt, òàê êàê â ñëó÷àå ñòàöèîíàðíîãî îäíîìåðíîãî òå÷åíèÿ îíà ïðîñòûì îáðàçîì ñâÿçàíà ñ ïðîèçâîäíîé ïî êîîðäèíàòå:

d d =u . dt dx

(2.18)

 äâóõòåìïåðàòóðíîé ïëàçìå óðàâíåíèé ýíåðãèè äâà: äëÿ èîíîâ

dEp d(1/n) dRp + pp = dt dt dt

(2.19)

è äëÿ ýëåêòðîíîâ

dEe d(1/n) dRe + pe = . (2.20) dt dt dt Îòòîê èëè ïðèòîê òåïëà ê èîíàì ïðîèñõîäèò òîëüêî ïóò¼ì îáìåíà

ýíåðãèåé ñ ýëåêòðîíàìè:

dRp = Ωn , dt

(2.21)

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

39

ãäå Ω  íåçàâèñÿùàÿ îò ïëîòíîñòè ôóíêöèÿ èîííîé è ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóð. ßâíîå âûðàæåíèå äëÿ Ω áóäåò ïðèâåäåíî íèæå. Òåïëî, ïåðåäàâàåìîå ýëåêòðîííîìó êîìïîíåíòó, ðàâíî

dRe 1 dW = −(Ω + Q) n − , dt n dx

(2.22)

ãäå Q  êîýôôèöèåíò èçëó÷åíèÿ, Ω  ïîòåðè ýëåêòðîíîâ ïðè óïðóãèõ ñòîëêíîâåíèÿõ ñ èîíàìè â ðàñ÷¼òå íà îäèí èîí è îäèí ýëåêòðîí, à ïîñëåäíåå ñëàãàåìîå îïðåäåëÿåòñÿ ãðàäèåíòîì ïîòîêà òåïëà W , âûçâàííîãî ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòüþ. Ïîòîê òåïëà ïðîïîðöèîíàëåí ãðàäèåíòó ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóðû:

W = −χ

dTe . dx

(2.23)

Ôîðìóëó äëÿ êîýôôèöèåíòà òåïëîïðîâîäíîñòè χ ìû âûïèøåì íèæå. Âíóòðåííÿÿ ýíåðãèÿ èîíîâ è ýëåêòðîíîâ ñîîòâåòñòâåííî ðàâíà:

Ep =

3 kTp , 2

Ee =

3 kTe , 2

(2.24)

çäåñü k  ïîñòîÿííàÿ Áîëüöìàíà. Ñ ó÷¼òîì (2.21)(2.22) óðàâíåíèÿ ýíåðãèè ïðèíèìàþò ñëåäóþùèé âèä:

dEp d(1/n) + pp = Ωn , dt dt

(2.25)

d(1/n) 1 dW dEe + pe = −(Ω + Q) n − . (2.26) dt dt n dx Íàïèøåì óðàâíåíèÿ ýíåðãèè â ôîðìå, ãäå ÿñíî áóäåò âèäíà ñâÿçü ìåæäó èçìåíåíèåì ïîòîêà ýíåðãèè è ðàáîòîé ñèë ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî ïîëÿ. Äëÿ ýòîãî óìíîæèì óðàâíåíèå (2.26) íà n, ïåðåéä¼ì ïî ôîðìóëå (2.18) ê äèôôåðåíöèðîâàíèþ ïî êîîðäèíàòå dx è íàïèøåì òîæäåñòâî

d(pe u) = pe du + udpe . Â ðåçóëüòàòå ïðèõîäèì ê óðàâíåíèþ ýíåðãèè äëÿ ýëåêòðîíîâ: ¶ µ d 3 dpe jkTe + pe u + W = u − (Ω + Q) n2 . dx 2 dx

(2.27)

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

40

Ýòî óðàâíåíèå èìååò ÿñíûé ôèçè÷åñêèé ñìûñë. Ñëåâà ñòîèò èçìåíåíèå ïîòîêà ýíåðãèè ýëåêòðîíîâ, ñêëàäûâàþùååñÿ èç ìåõàíè÷åñêîãî ïåðåíîñà òåïëîâîé ýíåðãèè (ïåðâîå ñëàãàåìîå), ðàáîòû ñèë ýëåêòðîííîãî äàâëåíèÿ (âòîðîå ñëàãàåìîå) è ïîòîêà òåïëà çà ñ÷¼ò ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè (òðåòüå ñëàãàåìîå). Ïåðâîå ñëàãàåìîå â ïðàâîé ÷àñòè (2.27) ðàâíî ðàáîòå ñèë ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî ïîëÿ, êàê ýòî ñëåäóåò èç (2.9), à âòîðîå îïèñûâàåò îáìåí ýíåðãèåé ñ ïðîòîíàìè è ïîòåðè íà âûñâå÷èâàíèå. Óðàâíåíèå (2.27) ìîæíî óïðîñòèòü, âîñïîëüçîâàâøèñü óðàâíåíèåì (2.14) èäåàëüíîãî ãàçà. Ïåðâîå è âòîðîå ñëàãàåìûå â ëåâîé ÷àñòè îáúåäèíÿþòñÿ, è â ðåçóëüòàòå ïîëó÷àåì µ ¶ d 5 dpe jkTe + W = u − (Ω + Q) n2 . dx 2 dx

(2.28)

Àíàëîãè÷íûì ïóò¼ì ïðèõîäèì ê ñëåäóþùåé ôîðìå óðàâíåíèÿ äëÿ ýíåðãèè ïðîòîíîâ:

d dpe (jEp + pp u) = u + Ωn2 . dx dx

(2.29)

Äëÿ òîãî, ÷òîáû â í¼ì ïîÿâèëîñü ñëàãàåìîå, ðàâíîå ðàáîòå ñèë ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî ïîëÿ, íåîáõîäèìî ïåðåïèñàòü åãî ïðàâóþ ÷àñòü ÷åðåç ãðàäèåíò åãî ýëåêòðîííîãî äàâëåíèÿ. Èç (2.6), (2.11) è (2.13) ñëåäóåò

µ

u2 udpp = −udpe − jM d 2

¶ .

(2.30)

Ïîäñòàâèâ (2.30) â (2.29), ïîëó÷èì îêîí÷àòåëüíóþ ôîðìó óðàâíåíèÿ ýíåðãèè äëÿ ïðîòîíîâ: µ ¶ d 5 M u2 dpe jkTp + j = −u + Ωn2 . dx 2 2 dx

(2.31)

Çäåñü ïåðâîå ñëàãàåìîå â ïðàâîé ÷àñòè òàêæå ðàâíî ðàáîòå ñèë ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî ïîëÿ. Ñóììà óðàâíåíèé äëÿ èîíîâ è ýëåêòðîíîâ ïðèâîäèò ê óðàâíåíèþ âòîðîãî ïîðÿäêà ¶ µ M u2 d 5 jkΣ + j + W = −Qn2 . dx 2 2

(2.32)

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

ßâíûå âûðàæåíèÿ äëÿ ñêîðîñòè òåïëîïðîâîäíîñòè è èçëó÷åíèÿ

îáìåíà

è

41

êîýôôèöèåíòîâ

Ñêîðîñòü îáìåíà Ωn ðàâíà [79] 3 Te − T p . (2.33) Ωn = k 2 τ Çíàìåíàòåëü τ èìååò ñìûñë ìàñøòàáà âðåìåíè, â òå÷åíèå êîòîðîãî ñóùåñòâåííî èçìåíÿåòñÿ ýëåêòðîííàÿ òåìïåðàòóðà; îí çàâèñèò îò ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóðû è ïðèáëèçèòåëüíî îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëåí ïëîòíîñòè:

3/2

Ô(Te ) 3M (kTe ) τ= , Ô(Te ) = √ , (2.34) nL 8 2πme4 ãäå e  ýëåìåíòàðíûé çàðÿä è L  êóëîíîâñêèé ëîãàðèôì, î÷åíü ñëàáî, 3/2

êàê ln n1/2 , çàâèñÿùèé îò ïëîòíîñòè è êàê ln Te

 îò ýëåêòðîííîé

òåìïåðàòóðû.  ðåàëüíûõ óñëîâèÿõ êîñìè÷åñêîé ïëàçìû âåëè÷èíà L ëåæèò â äèàïàçîíå îò 25 äî 30. Êîýôôèöèåíò òåïëîïðîâîäíîñòè ðàâåí µ ¶3/2 2 k(kTe )5/2 √ 4 . χ = 1, 8 (2.35) π me L  ïîëíîñòüþ èîíèçîâàííîì âîäîðîäå îõëàæäåíèå îïðåäåëÿåòñÿ ðàäèàòèâíîé ðåêîìáèíàöèåé è òîðìîçíûì èçëó÷åíèåì. Îáà ìåõàíèçìà äàþò ïðèáëèçèòåëüíî îäèíàêîâûé âêëàä ïðè òåìïåðàòóðå T = 104 K. Ñêîðîñòü ðåêîìáèíàöèè áûñòðî, ïðîïîðöèîíàëüíîT −3/2 , ïàäàåò ñ ðîñòîì òåìïåðàòóðû ïðè T > 105 K, à òîðìîçíîå èçëó÷åíèå, íàîáîðîò, ðàñò¼ò êàê

T 1/2 .  ýòîì ðàçäåëå ìû îãðàíè÷èìñÿ ñâîáîäíîñâîáîäíûìè ïåðåõîäàìè, à ðåêîìáèíàöèîííîå èçëó÷åíèå ðàññìîòðèì ïîçäíåå, âìåñòå ñ äðóãèìè ïðîöåññàìè, îïðåäåëÿþùèìè ñîñòîÿíèå èîíèçàöèè âîäîðîäà. Ðåçóëüòàòû äàííîãî ðàçäåëà ïðèìåíèìû ê âûñîêîòåìïåðàòóðíîé ïëàçìå.  ñëó÷àå ïîëíîñòüþ èîíèçîâàííîãî âîäîðîäà âåëè÷èíà Q ðàâíà √ 64π 3/2 e6 g kT Q= √ . (2.36) 3 6m3/2 c3 h Çäåñü e  ýëåìåíòàðíûé çàðÿä, k  ïîñòîÿííàÿ Áîëüöìàíà, m  ìàññà ýëåêòðîíà, c  ñêîðîñòü ñâåòà, h  ïîñòîÿííàÿ Ïëàíêà, g  ìíîæèòåëü Ãàóíòà.

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

42

Áåçðàçìåðíàÿ ôîðìà óðàâíåíèé

Ïðåîáðàçîâàíèå

ñèñòåìû

óðàâíåíèé

ê

áåçðàçìåðíîé

ôîðìå

çàêëþ÷àåòñÿ â ñëåäóþùåì. Êàæäóþ ðàçìåðíóþ âåëè÷èíó Y

ìû

ïðåäñòàâëÿåì êàê ïðîèçâåäåíèå

Y = Ym Ye

(2.37)

ìàñøòàáíîãî ìíîæèòåëÿ Ym íà áåçðàçìåðíóþ âåëè÷èíó Ye . Ïðè óäà÷íîì âûáîðå ìàñøòàáíûõ ìíîæèòåëåé ñèñòåìà óðàâíåíèé ìîæåò ñòàòü çíà÷èòåëüíî ïðîùå. Ñîãëàñíî îáùåé òåîðèè ðàçìåðíîñòè, ìû äîëæíû ââåñòè ÷åòûðå îñíîâíûõ

ìàñøòàáíûõ

ìíîæèòåëÿ

ñ

íåçàâèñèìîé

ðàçìåðíîñòüþ.

Îñòàëüíûå, òàê íàçûâàåìûå ïðîèçâîäíûå ìàñøòàáíûå ìíîæèòåëè âûðàæàþòñÿ ÷åðåç îñíîâíûå. Ýòà îïåðàöèÿ ìîæåò áûòü ïðîâåäåíà ìíîãèìè ñïîñîáàìè, íî â íàøèõ èíòåðåñàõ âûïîëíèòü å¼ òàê, ÷òîáû äîáèòüñÿ ìàêñèìàëüíîãî óïðîùåíèÿ óðàâíåíèé â áåçðàçìåðíîé ôîðìå.  êà÷åñòâå òð¼õ îñíîâíûõ ìàñøòàáíûõ ìíîæèòåëåé ìû âîçüì¼ì ïëîòíîñòü ÷èñëà ÷àñòèö nm , ñêîðîñòü um è ìàññó mm . ×èñëåííî um è

nm ïîëîæèì ðàâíûìè ôîíîâûì çíà÷åíèÿì ñêîðîñòè è ïëîòíîñòè ÷èñëà ÷àñòèö ñîîòâåòñòâåííî: um = u0 , nm = n0 ,

(2.38)

ìàñøòàá ìàññû  ìàññå ïðîòîíà

mm = M ,

(2.39)

à ÷åòâ¼ðòûé ìàñøòàáíûé ìíîæèòåëü  ïîñòîÿííîé Áîëüöìàíà k . Ïðè òàêîì âûáîðå ìàñøòàáîâ ïëîòíîñòè è ñêîðîñòè áåçðàçìåðíîå óðàâíåíèå äëÿ ïîòîêà ÷àñòèö

n eu e=1,

(2.40)

ñëåäóþùåå èç (2.6), (2.37), (2.38) è (2.39), âîâñå íå ñîäåðæèò ïàðàìåòðîâ. Äëÿ çàïèñè â áåçðàçìåðíîé ôîðìå óðàâíåíèÿ Ýéëåðà (2.13) íåîáõîäèìî ââåñòè ïðîèçâîäíûå ìàñøòàáû ïëîòíîñòè ρm è äàâëåíèÿ pm .

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

43

Ïîëîæèì

pm = ρm u2m .

ρm = M n m ,

(2.41)

Ñ òàêèì âûáîðîì ìàñøòàáíûõ ìíîæèòåëåé óðàâíåíèå (2.13) ïðèíèìàåò âèä:

pe + u e=1+β .

(2.42)

Çäåñü ìû ââåëè áåçðàçìåðíûé ïàðàìåòð β , ðàâíûé îòíîøåíèþ ôîíîâîãî äàâëåíèÿ ê äèíàìè÷åñêîìó íàïîðó:

β=

p0 . ρ0 u20

(2.43)

 ðàññìàòðèâàåìîì íàìè ñëó÷àå áåñêîíå÷íî ñèëüíîé óäàðíîé âîëíûβ =

0 è óðàâíåíèå (2.42) çàïèøåòñÿ â âèäå pe + u e=1.

(2.44)

Äëÿ çàïèñè óðàâíåíèé ýíåðãèè ââåä¼ì ìàñøòàáû òåìïåðàòóðû

Tm =

M u2m , k

(2.45)

âðåìåíè

tm = τ (Tm , nm ) ,

(2.46)

ïðîñòðàíñòâåííîé êîîðäèíàòû

xm = um tm ,

(2.47)

Wm = ρm u3m ,

(2.48)

ïîòîêà ýíåðãèè êîýôôèöèåíòà òåïëîïðîâîäíîñòè

χm =

W m xm Tm

(2.49)

è êîýôôèöèåíòà Ωm â ñêîðîñòè îáìåíà ýíåðãèåé

M u2m Ωm = . tm nm Ìàñøòàáíûé ìíîæèòåëü Qm ðàâåí Ωm .

(2.50)

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

44

Áåçðàçìåðíûé êîýôôèöèåíò ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè, ñîãëàñíî (2.45) è (2.48), ðàâåí

χ e = γ Tee5/2 ,

γ = 6, 1115 .

(2.51)

Ïàðàìåòð γ â (2.51) íå çàâèñèò îò êóëîíîâñêîãî ëîãàðèôìà, òàê êàê ñîãëàñíî (2.49), âåëè÷èíà L ÷åðåç tm âõîäèò â ìíîæèòåëü χm :

3M 5/2 u5m χm = k √ . 8 2πme4 L Óðàâíåíèå äëÿ òåïëîâîãî ïîòîêà:

(2.52)

e 5/2 dTe f e . (2.53) W = −γ Te dx e â ñêîðîñòè îáìåíà, âûðàæåííûé ÷åðåç Áåçðàçìåðíûé êîýôôèöèåíò Ω áåçðàçìåðíûå çíà÷åíèÿ ïðîòîííîé è ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóð, ðàâåí

e e e = 3 Te − Tp . Ω (2.54) 2 Tee3/2 e ïîëó÷èëîñü â ñèëó ñïåöèàëüíîãî âûáîðà Ñòîëü ïðîñòîå âûðàæåíèå äëÿ Ω ìàñøòàáíîãî ìíîæèòåëÿ âðåìåíè. Âîñïîëüçîâàâøèñü ôîðìóëîé (2.50), ïîëó÷èì

e=ξ Q

p

Te ,

(2.55)

ãäå ìíîæèòåëü ξ ðàâåí

µ ¶2 2 M ³ u0 ´2 g ξ=√ α, (2.56) c L 3 m M  ìàññà ïðîòîíà, u0  ñêîðîñòü íåâîçìóù¼ííîãî ãàçà, L  êóëîíîâñêèé ëîãàðèôì. ×åðåç α ìû îáîçíà÷èëè ïîñòîÿííóþ òîíêîé ñòðóêòóðû (α = 1/137), à ÷åðåç g ≈ 1.2  ìíîæèòåëü Ãàóíòà. Ïðèíÿòîìó âûøå äèàïàçîíó ïàðàìåòðîâ (2.1) ñîîòâåòñòâóåò èíòåðâàë

0.15 < ξ < 3 .

(2.57)

Ïðèâåä¼ííûå ôîðìóëû ïîçâîëÿþò ïåðåïèñàòü â áåçðàçìåðíîé ôîðìå ñîîòíîøåíèÿ (2.15) è (2.16):

e, pe = n eΣ

e = Tep + Tee , Σ

(2.58)

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

45

e ÷åðåç u à (2.40), (2.44) è (2.58) ïîçâîëÿþò âûðàçèòü Σ e: e=u Σ e−u e2 .

(2.59)

Òàêæå â áåçðàçìåðíîì âèäå âûïèøåì óðàâíåíèå äëÿ òåìïåðàòóðû ïðîòîíîâ

d de x

µ

5e u e2 Tp + 2 2

è ýëåêòðîíîâ

d de x

µ

5e f Te + W 2

¶

¶

d Tee 3 Tep − Tee −2 u e = −e u − de xu e 2 Tee3/2 q Tee

d Tee 3 Tep − Tee −2 =u e + u e −ξ 2 . de xu e 2 Tee3/2 u e

Óðàâíåíèå (2.22) â áåçðàçìåðíîé ôîðìå ïðèìåò âèä: q " # Tee d 5e u e2 dTee Σ+ − γ Tee5/2 = −ξ 2 . dx 2 2 de x u e

(2.60)

(2.61)

(2.62)

Äàëåå ìû áóäåì ïîëüçîâàòüñÿ òîëüêî áåçðàçìåðíîé ôîðìîé óðàâíåíèé, à ïîòîìó îïóñòèì çíàê e íàä áåçðàçìåðíûìè ïåðåìåííûìè, ïîäðàçóìåâàÿ åãî. Ñèñòåìà óðàâíåíèé äëÿ áåçðàçìåðíûõ ïåðåìåííûõ (2.40), (2.44), (2.532.62) ñîäåðæèò äâà ïàðàìåòðà: ξ è γ . Îíà çàìûêàåòñÿ óñëîâèåì íà âÿçêîì ñêà÷êå [78]:

¢ d 1¡ 2 (Σ+ − Σ− ) + u+ − u2− − θ ln (u+ /u− ) = 0 . dx 2

(2.63)

Èíäåêñîì  − ïîìå÷åíû çíà÷åíèÿ ïåðåìåííûõ ïåðåä âÿçêèì ñêà÷êîì, èíäåêñîì  +  ïîñëå âÿçêîãî ñêà÷êà. Íà âÿçêîì ñêà÷êå ýëåêòðîííàÿ òåìïåðàòóðà îñòà¼òñÿ íåïðåðûâíîé. Èíà÷å ïðåäïîëîæåíèå î êîíå÷íîì èçìåíåíèè òåìïåðàòóðû íà áåñêîíå÷íî ìàëîì ïðîìåæóòêå ïðèâåëî áû ê ëèø¼ííîìó ôèçè÷åñêîãî ñìûñëà ðåçóëüòàòó  áåñêîíå÷íî áîëüøîìó ïîòîêó òåïëà. Ñîõðàíÿþùååñÿ íà âÿçêîì ñêà÷êå çíà÷åíèå ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóðû îáîçíà÷èì áóêâîé θ. Ïðîèíòåãðèðóåì óðàâíåíèå (2.62) ïî âñåé îáëàñòè òå÷åíèÿ. Ïðè ýòîì ó÷ò¼ì, ÷òî òåïëîâîé ïîòîê ðàâåí íóëþ íà îáåèõ ãðàíèöàõ, à íà ïðàâîé

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

46

ãðàíèöå âñëåäñòâèå âûñâå÷èâàíèÿ îäíîâðåìåííî îáðàùàþòñÿ â íóëü ñêîðîñòü è òåìïåðàòóðà.  ðåçóëüòàòå ïîëó÷èì

Z∞ −∞

Q 1 dx = . u2 2

(2.64)

Ïðè âûïîëíåíèè ÷èñëåííûõ ðàñ÷¼òîâ ìû áóäåì òðåáîâàòü âûïîëíåíèÿ ýòîãî óñëîâèÿ ñ îòíîñèòåëüíîé òî÷íîñòüþ 3%. Ïåðåéä¼ì ê ðåøåíèþ óðàâíåíèÿ (2.62). Èçëîæèì ðåøåíèå çàäà÷è äëÿ êàæäîé èç ïÿòè îáëàñòåé òå÷åíèÿ, îïèñàííûõ âûøå. Âëèÿíèå âûñâå÷èâàíèÿ íà ñêîðîñòü è ïîäú¼ì òåìïåðàòóðû ñëåâà îò ôðîíòà

Ïåðåä âÿçêèì ñêà÷êîì íàèáîëåå ìîùíûì ïðîöåññîì ÿâëÿåòñÿ ýëåêòðîííàÿ

òåïëîïðîâîäíîñòü.

Ýòîò

ôàêò

ïîçâîëÿåò

ïîëó÷èòü

àíàëèòè÷åñêèå ôîðìóëû, ñ äîñòàòî÷íîé òî÷íîñòüþ âûðàæàþùèå ñêîðîñòü è ïðîñòðàíñòâåííóþ êîîðäèíàòó êàê ôóíêöèè ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóðû.

Îíè

çíà÷èòåëüíî

óïðîùàþò

ïîñëåäóþùèé

ó÷¼ò

âûñâå÷èâàíèÿ. Çàäà÷à áåç âûñâå÷èâàíèÿ, êàê óæå ãîâîðèëîñü âûøå, áûëà ðåøåíà Øàôðàíîâûì [78], íî â åãî ðàáîòå ïðèâåäåíû òîëüêî îêîí÷àòåëüíûå ðåçóëüòàòû. Íàì äëÿ äàëüíåéøåãî íóæíû àíàëèòè÷åñêèå ôîðìóëû, â êîòîðûå ξ è γ âõîäÿò êàê ïàðàìåòðû. Ïðè îòñóòñòâèè âûñâå÷èâàíèÿ ïðàâàÿ ÷àñòü óðàâíåíèÿ (2.62) ðàâíà íóëþ, à ñàìî óðàâíåíèå èìååò èíòåãðàë

5 u2 1 Σ+ +W = 2 2 2 êîòîðûé ïîçâîëÿåò íàïèñàòü óðàâíåíèå, ýëåêòðîííóþ òåìïåðàòóðó: µ ¶ µ T du 3 5 γT − 4u − = 1−2 2 2 u dT 2 u

(2.65)

,

ñâÿçûâàþùåå ñêîðîñòü è

u − u2 − 2T 5u − 4u2 − 1

¶ .

(2.66)

Ïåðåä âÿçêèì ñêà÷êîì ñêîðîñòü ìåíÿåòñÿ çíà÷èòåëüíî ìåäëåííåå, ÷åì ýëåêòðîííàÿ òåìïåðàòóðà. Ñëåäîâàòåëüíî, ìû ìîæåì èñêàòü

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

47

çàâèñèìîñòü u(T ) â âèäå ðàçëîæåíèÿ â ðÿä ïî ñòåïåíÿì T :

u = 1 − T f (T ) ,

f (T ) = 1 + aT + bT 2 + cT 3 ,

(2.67)

â êîòîðîì ó÷èòûâàåòñÿ, ÷òî ïðè T ¿ T∞ ñïðàâåäëèâà ïðèáëèæ¼ííàÿ ôîðìóëà u ≈ 1 − T . ×èñëåííûå çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòîâ áóäóò ïðèâåäåíû íèæå. Ïåðåéä¼ì

ê

ó÷¼òó

âûñâå÷èâàíèÿ.

Äëÿ

ýòîãî

ïðîèíòåãðèðóåì

óðàâíåíèå (2.62) ïî êîîðäèíàòå îò íà÷àëà òåïëîâîãî ÿçûêà äî òî÷êè ñ òåìïåðàòóðîé T :

5 u2 dT 1 Σ+ − γT 5/2 = −ξZ(T ) + , 2 2 dx 2 ãäå

x(T ) √ Z

Z(T ) =

(2.68)

T dx . u2

(2.69)

x(0)

Âîîáùå ãîâîðÿ, ââåäåíèå âåëè÷èíû Z íå äà¼ò íè÷åãî íîâîãî, òàê êàê íàì íå èçâåñòíû çàâèñèìîñòè íè T (x), íè u(T ). Íî, ñîãëàñíî ñêàçàííîìó âûøå, ìû ïðåäïîëîæèì, ÷òî âûñâå÷èâàíèå ñëàáî ìåíÿåò îáå ôóíêöèè, è âîñïîëüçóåìñÿ äëÿ âû÷èñëåíèÿ ïîäûíòåãðàëüíîé ôóíêöèè ôîðìóëàìè, ïîëó÷åííûìè íàìè ïðè ðåøåíèè çàäà÷è áåç âûñâå÷èâàíèÿ. Ïåðåéä¼ì ê èíòåãðèðîâàíèþ ïî òåìïåðàòóðå:

ZT √ Z(T ) = 0

dx T dT dT u2

(2.70)

è ïîäñòàâèì â (2.70) ñîîòíîøåíèÿ äëÿ ñêîðîñòè (2.67) è âûðàæåíèå äëÿ

dT /dx,

dT 5u − 4u2 − 1 = , (2.71) dx 2γT 5/2 ïîëó÷åííîå íàìè â çàäà÷å áåç ó÷¼òà âûñâå÷èâàíèÿ. Ïîñëå òîãî, êàê ìû âûðàçèì âñå ìíîæèòåëè ÷åðåç òåìïåðàòóðó, èíòåãðàë Z ïðèìåò âèä: γ Z= 2

ZT 0

T 2 dT (1 − T − aT 2 −

bT 3 )2 (1

+ aT + bT 2 ) ( 43 − T − aT 2 − bT 3 )

.

(2.72)

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

48

Ìû óäåðæèâàåì ÷ëåíû íå âûøå òðåòüåãî ïîðÿäêà ìàëîñòè ïî òåìïåðàòóðå. Ïîñêîëüêó ÷èñëèòåëü ïîäûíòåãðàëüíîé ôóíêöèè (2.72) ñîäåðæèò T âî âòîðîé ñòåïåíè, òî ïîñëå ðàçëîæåíèÿ çíàìåíàòåëÿ ïî ìàëîìó ïàðàìåòðó è âçÿòèÿ èíòåãðàëà ïîëó÷àòñÿ ñëàãàåìûå òðåòüåãî ïîðÿäêà è âûøå. Ïîýòîìó â çíàìåíàòåëå èìååò ñìûñë óäåðæèâàòü òîëüêî ñâîáîäíûå ÷ëåíû:

γ Z= 2

ZT 0

T 2 dT 3 4

2 = γ 3

ZT 0

2 T 2 dT = γT 3 . 9

(2.73)

Ïîëó÷èëè îêîí÷àòåëüíîå âûðàæåíèå äëÿ Z :

2 Z = γT 3 . 9

(2.74)

Èñïîëüçóÿ (2.59) è (2.60), âûðàçèì ñóììàðíóþ òåìïåðàòóðó Σ ÷åðåç ñêîðîñòü è âûïèøåì èç (2.68) âûðàæåíèå äëÿ ïðîèçâîäíîé dT /dx:

dT 5u − 4u2 + 2ξZ − 1 , = dx 2γT 5/2

(2.75)

à òàêæå ïîëó÷èì ñîîòíîøåíèå, ñâÿçûâàþùåå ìåæäó ñîáîé â ÿâíîì âèäå òîëüêî ñêîðîñòü è òåìïåðàòóðó: µ ¶ · ¸ 5 u − u2 − 2T γT T du 3 1−2 . − 4u − = 2 u dT 2 5u − 4u2 + 2ξZ − 1 u2

(2.76)

 äðîáè ïðàâîé ÷àñòè ïðèñóòñòâóåò îñîáåííîñòü òèïà 0/0, ïîñêîëüêó ïðè u = 1 ïîëó÷àåì T = 0 è ñëàãàåìîå 2ξZ òîæå îáðàùàåòñÿ â 0. Äëÿ òîãî, ÷òîáû ðàñêðûòü ýòó íåîïðåäåë¼ííîñòü, íåîáõîäèìî ðàñïèñàòü ñëàãàåìîå ñ âûñâå÷èâàíèåì è âûðàæåíèÿ äëÿ ñêîðîñòè êàê ÿâíûå ôóíêöèè òåìïåðàòóðû. Ïåðåéä¼ì îò ïåðåìåííîé u ê ïåðåìåííîé y =

1 − u: y = T f (T ) , ãäå f (T ) = a + bT + cT 2 .

(2.77)

Èç ôîðìóëû (2.77) âèäíî, ÷òî f (0) íå ðàâíî íóëþ. Ïåðåïèøåì óðàâíåíèå (2.76) äëÿ ïåðåìåííîé y . Ïîëó÷èì ·

T 3 − 4y + 2 1−y

¸

" # 3 (1 − y) − (1 − y)2 − 2T dy γT = 1−2 2 . dT 2 u 5(1 − y) − 4(1 − y)2 + 4ξγ T93 − 1

(2.78)

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

Ïîñëå ñíÿòèÿ íåîïðåäåë¼ííîñòè ñîîòíîøåíèå (2.78) ïðèìåò âèä # " · ¸ 2 3 T dy 3 γT f −f T −2 . − 4y + = 1−2 2 2 1 − y dT 2 u f (3 − 4y) + 4ξγ T92

49

(2.79)

Âûäåëèâ ÿâíî ñëàãàåìûå ñ ξ è ââåäÿ îáîçíà÷åíèÿ

A = (1 − y) (3 − 4y) f ,

B=

C = (1 − y)2 (3 − 4y) f ,

3 (1 − y) − 4y (1 − y) + T , 2

D = 2γT (f − T f 2 − 2) ,

çàïèøåì óðàâíåíèå (2.79) òàê: · ¸ dy 4 3 dy AB + ξγT 2 (1 − y) (1 − y) − 4y(1 − y) + T = dT 9 2 dT

(2.80) (2.81)

(2.82)

3 3 4 (C − D) + (1 − y)2 ξγT 2 . 2 2 9  íàøåì ïðèáëèæåíèè â óðàâíåíèè (2.82) íå èìååò ñìûñëà ó÷èòûâàòü ñëàãàåìûå áîëåå âûñîêîãî ïîðÿäêà ìàëîñòè, ÷åì âòîðîé, òàê êàê =

ïðèðàâíÿâ ñâîáîäíûå ÷ëåíû ëåâîé è ïðàâîé ÷àñòåé ìû ïîëó÷èì óðàâíåíèå äëÿ êîýôôèöèåíòà a, ïðèðàâíÿâ ëèíåéíûå ÷ëåíû  äëÿ êîýôôèöèåíòà b, à êâàäðàòè÷íûå  äëÿ êîýôôèöèåíòà c. Ïðîâåäÿ ñîîòâåòñòâóþùèå âû÷èñëåíèÿ, ìû íàøëè âûðàæåíèÿ äëÿ êîýôôèöèåíòîâ:

γ , 3 34 4 (2.83) b = 2 + γ − γ2 , 27 27 µ ¶ µ ¶ 733 36 1 4 7 c=5+ 1− ξ γ− 1 + ξ γ2 + γ3 . 162 733 2 81 81 Îòñþäà âèäíî, ÷òî â ïðèáëèæåíèè (2.77) âûñâå÷èâàíèå äåéñòâèòåëüíî ïðàêòè÷åñêè íå îêàçûâàåò âëèÿíèÿ íà äâèæåíèå ãàçà ïåðåä ôðîíòîì, òàê êàê ïàðàìåòð ξ , îïèñûâàþùèé âûñâå÷èâàíèå, ïðèñóòñòâóåò òîëüêî a=1+

â êîýôôèöèåíòå c ðàçëîæåíèÿ ñêîðîñòè ïî òåìïåðàòóðå. Ðåçóëüòàòû âû÷èñëåíèé

ïðîôèëÿ

ýëåêòðîííîé

ôîðìóëîé

x(T ) =

òåìïåðàòóðû

4 χT 5/2 (1 − 0.87T ) , 15

àïïðîêñèìèðóåì (2.84)

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

50

îøèáêà êîòîðîé íå ïðåâûøàåò îäíîãî ïðîöåíòà. Ìíîæèòåëü ïåðåä ñêîáêàìè îïèñûâàåò èçâåñòíîå [82] ðåøåíèå çàäà÷è â ëèíåéíîì ïðèáëèæåíèè T = 1 − u. Âêëàä QI ðàññìàòðèâàåìîé îáëàñòè â ïîëíîå âûñâå÷èâàíèå ìîæíî âû÷èñëèòü ïî ôîðìóëå:

Zθ √ ξ T dx QI = dT . u2 dT

(2.85)

0

Ïðîñòàÿ îöåíêà èíòåãðàëà

Qanal

T3 (1 + 0.59T ) = 3

(2.86)

ïîëó÷àåòñÿ â óêàçàííîì âûøå ëèíåéíîì ïðèáëèæåíèè, åñëè ìû ïðèìåì ìíîæèòåëü u−2 ðàâíûì 1 + 2T . Âûïîëíåííûå íàìè ðàñ÷¼òû ïîêàçûâàþò, ÷òî Qanal îòëè÷àåòñÿ îò QI íå áîëåå ÷åì íà 5%. Îòíîñèòåëüíûé âêëàä îáëàñòè I â ïîëíûé ïîòîê èçëó÷åíèÿ íåâåëèê: îí ðàâåí 0.05% ïðè ξ =

0.25 è 0.4% ïðè ξ = 3. Òàêèì îáðàçîì, ìû ïðèõîäèì ê âûâîäó î ìàëîé ðîëè âûñâå÷èâàíèÿ ïåðåä âÿçêèì ñêà÷êîì. Ïåðåéä¼ì ê àíàëèçó òå÷åíèÿ ïîçàäè ôðîíòà. Îò âÿçêîãî ñêà÷êà äî ìàêñèìóìà ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóðû

Äåòàëüíûå ðàñ÷¼òû ïîêàçûâàþò, ÷òî â îáëàñòè ðîñòà ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóðû íàãðåâ ýëåêòðîíîâ çà ñ÷¼ò îáìåíà ýíåðãèåé â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè êîìïåíñèðóåòñÿ îõëàæäåíèåì ïóò¼ì òåïëîïðîâîäíîñòè, à ïîòåðè íà òîðìîçíîå èçëó÷åíèå  íàãðåâîì ïðè àäèàáàòè÷åñêîì ñæàòèè.  ðàññìàòðèâàåìîé îáëàñòè íè îäíèì èç ïðîöåññîâ íåëüçÿ ïðåíåáðå÷ü ïî ñðàâíåíèþ ñ äðóãèìè. Îòñóòñòâèå ïàðàìåòðà äåëàåò íåîáõîäèìûì ÷èñëåííîå ðåøåíèå çàäà÷è. Ñïðàâà îò ôðîíòà óäîáíî ïðîâåñòè çàìåíó ïåðåìåííûõ â íàïèñàííûõ âûøå óðàâíåíèÿõ, à èìåííî, ìû áóäåì èñêàòü ýëåêòðîííóþ òåìïåðàòóðó è òåïëîâîé ïîòîê êàê ôóíêöèè ñêîðîñòè:

ΨΦ dT = , du z

(2.87)

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

dW 5 QΦ = − + 4u + , du 2 z

51

(2.88)

ãäå

µ ¶ 2 5 T W 3 Φ= − 4u − , Ψ= , z = Ω+Ψ . (2.89) 3 2 u 2 γT 5/2  êà÷åñòâå íà÷àëüíûõ óñëîâèé áåð¼ì ýëåêòðîííóþ òåìïåðàòóðó ãàçà íà ôðîíòå θ è âåëè÷èíó òåïëîâîãî ïîòîêà ñïðàâà îò âÿçêîãî ñêà÷êà W+ . Îáëàñòü II çàêàí÷èâàåòñÿ â òî÷êå, ãäå òåïëîâîé ïîòîê äîñòèãàåò íóëÿ, òî åñòü ãäå dT /du = 0. Îöåíèì âêëàä âòîðîé îáëàñòè â ïîëíîå âûñâå÷èâàíèå. Åãî ìîæíî âû÷èñëèòü ïî ôîðìóëå:

ZTII QII =

Q(T ) dx dT . u2 dT

(2.90)

θ

Çäåñü TII  ýëåêòðîííàÿ òåìïåðàòóðà íà ãðàíèöå II è III îáëàñòåé. Ìû ïîëó÷èëè, ÷òî âêëàä II îáëàñòè â ðàäèàöèîííîå îõëàæäåíèå ìàë. Åãî îòíîñèòåëüíàÿ âåëè÷èíà ìîíîòîííî ðàñò¼ò ñ óâåëè÷åíèåì ξ îò 1.2% ïðè

ξ = 0.25 äî 3.6% ïðè ξ = 3. Îäíîòåìïåðàòóðíîå

ïðèáëèæåíèå

çàâåäîìî

íåïðèìåíèìî

äî

ìàêñèìóìà ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóðû, òàê êàê âåëè÷èíà Te â îáëàñòè II ïî ìåðå òîðìîæåíèÿ ãàçà ðàñò¼ò, à íå ïàäàåò, êàê ñóììàðíàÿ òåìïåðàòóðà Σ. Äàëåå ìû óâèäèì, ÷òî ïðè ðàâåíñòâå èîííîé è ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóð òåïëîâîé ïîòîê, êàê ïðàâèëî, óìåíüøàåòñÿ. Ïîýòîìó âîïðîñ î ïðèìåíèìîñòè îäíîòåìïåðàòóðíîãî ïðèáëèæåíèÿ èìååò ñìûñë ñòàâèòü ïîñëå ìàêñèìóìà òåïëîâîãî ïîòîêà. Îáëàñòü ìåæäó ìàêñèìóìàìè ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóðû è òåïëîâîãî ïîòîêà

Ñïðàâà îò ìàêñèìóìà ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóðû òåïëîâîé ïîòîê ñòàíîâèòñÿ ïîëîæèòåëüíûì è íåêîòîðîå âðåìÿ ïðîäîëæàåò ïîäíèìàòüñÿ çà ñ÷¼ò óìåíüøåíèÿ ìåõàíè÷åñêîãî ïîòîêà ýíåðãèè âûñâå÷èâàþùåãîñÿ ãàçà. Îòìåòèì, ÷òî ïðè îòñóòñòâèè âûñâå÷èâàíèÿ òåïëîâîé ïîòîê

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

52

ïîçàäè ôðîíòà àñèìïòîòè÷åñêè ñòðåìèòñÿ ê íóëþ, îñòàâàÿñü âñ¼ âðåìÿ îòðèöàòåëüíûì.  ðàññìàòðèâàåìîé çàäà÷å îòðèöàòåëüíûé çíàê ïðîèçâîäíîé dW/du îáóñëîâëåí ïåðâûì ñëàãàåìûì â ïðàâîé ÷àñòè (2.88). Ïîñòåïåííî dW/du óâåëè÷èâàåòñÿ äî íóëÿ. Ãëàâíàÿ ïðè÷èíà ýòîãî  óìåíüøåíèå çíàìåíàòåëÿ z â ïîñëåäíåì ñëàãàåìîì (2.88). Ïîíèæåíèå òåìïåðàòóðû ñîïðîâîæäàåòñÿ ïîäú¼ìîì òåïëîâîãî ïîòîêà, ÷òî ïðèâîäèò

= 23 Ω + Ψ ïàäàåò èñêëþ÷èòåëüíî çà ñ÷¼ò Ω. Òàêèì îáðàçîì, îñëàáëåíèå ê óâåëè÷åíèþ âåëè÷èíû Ψ. Ñëåäîâàòåëüíî, ñóììà z

íàãðåâà ýëåêòðîíîâ ïóò¼ì îáìåíà ýíåðãèåé ñ èîíàìè âëå÷¼ò çà ñîáîé è óìåíüøåíèå îõëàæäåíèÿ, îáóñëîâëåííîãî òåïëîïðîâîäíîñòüþ.  îêðåñòíîñòè òî÷êè ìàêñèìóìà ìîæíî çíà÷èòåëüíî óïðîñòèòü óðàâíåíèå ýíåðãèè, èñêëþ÷èâ èç íåãî ñëàãàåìîå ñ òåïëîïðîâîäíîñòüþ. Ìàêñèìóì òåïëîâîãî ïîòîêà îêàçàëñÿ äîñòàòî÷íî ïðîòÿæ¼ííûì, ÷òî ïðîÿâëÿåòñÿ â îòíîñèòåëüíî áîëüøîì âêëàäå îáëàñòè III â èíòåãðàë âûñâå÷èâàíèÿ. Åãî âåëè÷èíà ðàñò¼ò îò 1,8% ïðè ξ = 0.25 äî 10% ïðè

ξ = 3. Ïðåäñòàâëåíèå

î

ñòåïåíè

ñáëèæåíèÿ

èîííîé

è

ýëåêòðîííîé

òåìïåðàòóð â òî÷êå ìàêñèìóìà òåïëîâîãî ïîòîêà ìîæíî ïîëó÷èòü èç ãðàôèêà íà ðèñ. 2.2. Ïî îñè îðäèíàò îòëîæåíà îòíîñèòåëüíàÿ

dT 0.1

1.0

2.0

3.0

x

Ðèñ. 2.2: Ðàçëè÷èå òåìïåðàòóð â ìàêñèìóìå òåïëîâîãî ïîòîêà.

ðàçíîñòü òåìïåðàòóð

δT = 1 −

Te . Tp

Ïðè ξ < 0.25 îíà íå ïðåâîñõîäèò 1%, íî ïðè ξ ≈ 3 äîñòèãàåò 8%. Â

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

53

êà÷åñòâå êðèòåðèÿ âûõîäà íà îäíîòåìïåðàòóðíûé ðåæèì ïðèìåì

δT < 0.03 , îòâå÷àþùåå òî÷íîñòè óñëîâèÿ (2.64). Òîãäà ìîæíî ïîëàãàòü, ÷òî ïðè

ξ < 1.2 îí íàñòóïàåò óæå â òî÷êå ìàêñèìóìà W, à â ñëó÷àå áîëåå ñèëüíîãî âûñâå÷èâàíèÿ ñóùåñòâóåò áîëåå èëè ìåíåå ïðîòÿæ¼ííàÿ îáëàñòü, ãäå ïðîèñõîäèò îêîí÷àòåëüíîå âûðàâíèâàíèå òåìïåðàòóð. Íà ðèñ. 2.1 ýòà îáëàñòü îáîçíà÷åíà IIIà. Âûõîä íà îäíîòåìïåðàòóðíûé ðåæèì

Ñîãëàñíî ñêàçàííîìó â ïðåäûäóùåì ðàçäåëå, ïîëàãàåì, ÷òî ðàçëè÷èåì òåìïåðàòóð ìîæíî ïðåíåáðåãàòü, íà÷èíàÿ ñ òîé òî÷êè, ãäå âåëè÷èíà δT ñòàíîâèòñÿ ìåíüøå îäíîé ñîòîé. Ìîíîòîííîå

óìåíüøåíèå

ãðàäèåíòà

òåïëîâîãî

ïîòîêà

ïîñëå

ìàêñèìóìà W íåñêîëüêî êîìïåíñèðóåò ðàäèàöèîííîå îõëàæäåíèå. Ðîëü òåïëîïðîâîäíîñòè õàðàêòåðèçóåòñÿ âåëè÷èíîé ¯ dW ¯ 2 ¯ ¯u RW = dx . Q

(2.91)

¯ ¯ ¯ Âêëàä îáìåíà Ω/u2 ïàäàåò çíà÷èòåëüíî áûñòðåå, ÷åì ðàñò¼ò ¯ dW dx . Ïîýòîìó â ðàññìàòðèâàåìîé îáëàñòè, åñëè îíà ñóùåñòâóåò, çàäà÷à óïðîùàåòñÿ: ìîæíî îïóñòèòü ñëàãàåìîå ñ òåïëîïðîâîäíîñòüþ ïî ñðàâíåíèþ ñ âûñâå÷èâàíèåì. Ñèñòåìà ñâîäèòñÿ ê óðàâíåíèþ äëÿ ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóðû êàê ôóíêöèè ñêîðîñòè ·µ ¶ 5 ¸ dT 2 5 T 2 − 4u = − 4u − − Ω , du 3 2 u Q

(2.92)

âûòåêàþùåìó èç (2.28), (2.32) è (2.59). Íà ðèñ. 2.3 èçîáðàæåíà çàâèñèìîñòü RW (ξ) íà ïðàâîé ãðàíèöå îáëàñòè. Õîðîøî âèäíî, ÷òî ê ìîìåíòó âûõîäà íà îäíîòåìïåðàòóðíûé ðåæèì òåïëîïðîâîäíîñòüþ åù¼ ìîæíî ïðåíåáðåãàòü.

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

54

Rw 0.1

2.0

1.0 Ðèñ. 2.3: Îòíîñèòåëüíûé îäíîòåìïåðàòóðíûé ðåæèì.

âêëàä

3.0

òåïëîïðîâîäíîñòè

â

x òî÷êå

âûõîäà

íà

Îêîí÷àòåëüíîå îõëàæäåíèå â îäíîòåìïåðàòóðíîì ðåæèìå

 îáëàñòè IV ìîæíî ïðåíåáðå÷ü îáìåíîì ýíåðãèåé, íî íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü òåïëîïðîâîäíîñòü. Äåëî â òîì, ÷òî âûñâå÷èâàþùèéñÿ ãàç èçîáàðè÷åñêè ñæèìàåòñÿ è çàâèñèìîñòü òåìïåðàòóðû îò ãåîìåòðè÷åñêîé êîîðäèíàòû ñòàíîâèòñÿ âñ¼ áîëåå êðóòîé. Êàê ñëåäñòâèå, ðàñò¼ò àáñîëþòíàÿ âåëè÷èíà ãðàäèåíòà òåïëîâîãî ïîòîêà è óñèëèâàåòñÿ êîìïåíñàöèÿ îõëàæäåíèÿ òåïëîïðîâîäíîñòüþ. Èç óðàâíåíèé (2.23), (2.28) è (2.32) è èç óñëîâèÿ îäíîòåìïåðàòóðíîñòè

Σ (2.93) 2 âûòåêàåò äèôôåðåíöèàëüíîå óðàâíåíèå äëÿ òåïëîâîãî ïîòîêà êàê ôóíêöèè ñêîðîñòè: T =

u

dZ 1 5 = − + 4u − Z + A(1 − 2u)(1 − u)3 , du 2 Z

(2.94)

ãäå

χξ . 16 Ìû ïåðåøëè ê íîâîé ïåðåìåííîé Z =

(2.95)

A=

W u:

ñ å¼ ïîìîùüþ óäîáíåå

îïèñàòü òîò ôàêò, ÷òî ðåøåíèå äîëæíî ïðîõîäèòü ÷åðåç îñîáóþ òî÷êó

u = 0 , W = 0.  îñîáîé òî÷êå âåëè÷èíà Z ïðèíèìàåò çíà÷åíèå Z0 , ðàâíîå Ãr ! 5 16 Z0 = 1+ A−1 . (2.96) 4 25

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

55

Ïðè u ¿ 1 ñïðàâåäëèâà ôîðìóëà (2.97)

Z = Z0 − ςu , â êîòîðîé

ς=

5 ZA0 − 4 A Z02

+2

(2.98)

.

Èòàê, ïðè óâåëè÷åíèè ñêîðîñòè òåïëîâîé ïîòîê ðàñò¼ò ñíà÷àëà ïðîïîðöèîíàëüíî u, çàòåì åãî ðîñò çàìåäëÿåòñÿ. Åñëè ñêîðîñòü íåëüçÿ

ñ÷èòàòü

ìàëîé,

òî

óðàâíåíèå

(2.94)

ðåøàåì

÷èñëåííî.

Äëÿ èñêëþ÷åíèÿ íåîáõîäèìîñòè ïðèìåíÿòü î÷åíü êîðîòêèå øàãè â ìàëîèíòåðåñíîé îáëàñòè íèçêèõ ñêîðîñòåé, ìû êîìáèíèðîâàëè ÷èñëåííûé

è

àíàëèòè÷åñêèé

ïîäõîäû.

Èíòåðâàë

èíòåãðèðîâàíèÿ

ðàçáèâàåì íà ó÷àñòêè, ïðàâûå ãðàíèöû êîòîðûõ îáîçíà÷èì un . Äëèíó êàæäîãî ó÷àñòêà ïîëàãàåì ìàëîé, è â åãî ïðåäåëàõ ïðåíåáðåãàåì îòíîñèòåëüíûìè

èçìåíåíèÿìè

ñëàãàåìîãî 4u −

(1 − 2u)(1 − u)3 â ïðàâîé ÷àñòè

5 2

è

ìíîæèòåëÿ

(2.94). Íà êàæäîì òàêîì ó÷àñòêå

ââîäèì ïîñòîÿííûå âåëè÷èíû

An = A(1 − 2un )(1 − un )3 , Bn =

5 − 4un 2

è ïðèõîäèì ê óðàâíåíèþ

u

dZ An = −Bn − Z + , du Z

èìåþùåå ðåøåíèå â íåÿâíîé ôîðìå !p− Ã Z !p+ ÃZ ³ u ´2 − 1 + 1 Z Z+ n = Z−n . Zn u − 1 + 1 Z− Z+

(2.99)

(2.100)

Çäåñü

r Bn Bn Bn2 Z − = Rn − , Z + = Rn + , Rn = + An , 2 2 4 Bn Bn p− = 1 − , p+ = 1 + , 2Rn 2Rn Ïðè ìàëûõ çíà÷åíèÿõ ξ â ïåðâîì ìíîæèòåëå (2.100) âîçíèêàåò ñèòóàöèÿ, áëèçêàÿ ê íåîïðåäåë¼ííîñòè òèïà 00 .  ýòîì ñëó÷àå âòîðîé

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

56

ìíîæèòåëü (2.100) ìàëî îòëè÷àåòñÿ îò åäèíèöû, è ìû ìîæåì íàïèñàòü ïðèáëèæ¼ííîå ðåøåíèå â ÿâíîé ôîðìå:

Z = Z− +

Zn − Z− (1 +

4u 2/p+ un )

(2.101)

,

ãäå 4u  ïðèðàùåíèå ñêîðîñòè. Ðîëü òåïëîïðîâîäíîñòè ìàêñèìàëüíà â òî÷êå u = 0:

16Z02 . RW (0) = χξ Ïîëó÷èâ çàâèñèìîñòü òåìïåðàòóðû è ïëîòíîñòè îò êîîðäèíàòû, ìû ìîæåì ïåðåéòè ê âû÷èñëåíèþ ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ.

2.1.2 Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ. Ðàññìîòðèì ðåçóëüòàòû íàøèõ ðàñ÷åòîâ äëÿ äèàïàçîíà ýíåðãèé êâàíòîâ

0.5 êýÂ < E < 10 êýÂ ,

(2.102)

â êîòîðîì âûïîëíÿëèñü íàáëþäåíèÿ ñî ñïóòíèêîâ GINGA è ASCA [80]. Áåçðàçìåðíûé ïîòîê èçëó÷åíèÿ ðàâåí

Z∞ FE = ξ

T −1/2 exp(−E/T )u−2 dx.

−∞

Ïðè

ôèêñèðîâàííîì

çíà÷åíèè χ

ñïåêòð

èçëó÷åíèÿ

îäíîçíà÷íî

îïðåäåëÿåòñÿ ñêîðîñòüþ ôðîíòà. Âêëàä îáëàñòåé I è II íà âñåõ ÷àñòîòàõ ñîñòàâëÿåò ìåíåå ïðîöåíòà. Òðåòüÿ îáëàñòü ìîæåò îêàçàòüñÿ äîñòàòî÷íî ÿðêîé ïðè îòíîñèòåëüíî ñëàáîì âûñâå÷èâàíèè (ξ < 0.7). Âî âñåõ ñëó÷àÿõ îñíîâíîé âêëàä â èçëó÷åíèå äàåò ÷åòâåðòàÿ îáëàñòü. Óäîáíîé âåëè÷èíîé äëÿ ñðàâíåíèÿ ñ íàáëþäåíèÿìè ÿâëÿåòñÿ öâåòîâàÿ òåìïåðàòóðà

Tc (E1 , E2 ) =

E2 − E1 . ln(FE1 /FE2 )

Îíà õàðàêòåðèçóåò òåìïåðàòóðó òîé îáëàñòè, êîòîðàÿ äàåò îñíîâíîé âêëàä â èçëó÷åíèå â äèàïàçîíå ýíåðãèé êâàíòîâ îò E1 äî E2 .  ñëó÷àå

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

57

îäíîðîäíîé ïðîçðà÷íîé ñðåäû âåëè÷èíà Tc â òî÷íîñòè ðàâíà òåìïåðàòóðå ãàçà. Íà ðèñ. 2.4 ïî îñè îðäèíàò îòëîæåíî îòíîøåíèå öâåòîâîé òåìïåðàòóðû ê òåìïåðàòóðå ôðîíòà Tf . Ðàçíîñòü ýíåðãèé E2 − E1 çäåñü ðàâíà Tc Tf 0.4 0.2

4

8

E, êýÂ

Ðèñ. 2.4: Öâåòîâàÿ òåìïåðàòóðà èçëó÷åíèÿ â åäèíèöàõ òåìïåðàòóðû ôðîíòà. Ãðàôèêè ñíèçó ââåðõ ñîîòâåòñòâóþò çíà÷åíèÿì ξ = 3, 2, 1, 0.5.

1êýÂ, çà èñêëþ÷åíèåì äèàïàçîíà 0.5 − 1êýÂ. Íà îñè àáñöèññ ïðèâåäåíà âåëè÷èíà E2 . Õîðîøî âèäíî, ÷òî ïðè âñåõ ýíåðãèÿõ êâàíòîâ â ðàññìàòðèâàåìîì äèàïàçîíå ñïåêòðà Tc < Tf . Îñîáåííî âåëèêî ðàçëè÷èå â ìÿãêîì äèàïàçîíå ñïåêòðà. Îòñþäà ñëåäóþò äâà âûâîäà. Âîïåðâûõ, îïðåäåëåíèå òåìïåðàòóðû ãàçà ïî ñïåêòðó åãî ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ çàâèñèò îò âûáèðàåìîé ìîäåëè. Âîâòîðûõ, äëÿ âîññòàíîâëåíèÿ òåìïåðàòóðû ôðîíòà èç íàáëþäåíèé ïðåäïî÷òèòåëüíåå æåñòêàÿ ÷àñòü ñïåêòðà. Íàïðèìåð, èçìåðåíèÿ ñïåêòðà òåñíîé äâîéíîé ñèñòåìû SS433 ñî ñïóòíèêà ASCA [80] ïðèâîäÿò ê çíà÷åíèÿì Tc = (2 − 30) êý íà ðàçíûõ ôàçàõ êðèâîé áëåñêà. Ñîãëàñíî ãðàôèêàì íà ðèñ. 2.4, ýòî ñîîòâåòñòâóåò òåìïåðàòóðå ôðîíòà Tf = (5 − 80) êýÂ, òî åñòü ñêîðîñòè íàòåêàíèÿ ãàçà

1000 < u0 < 3500 êì/ñ. Óäàðíûå âîëíû ñ òàêèìè ñêîðîñòÿìè ìîãóò ðàñïðîñòðàíÿòüñÿ âíóòðè ïëîòíûõ îáëàêîâ äæåòà, îáæèìàåìûõ ñíàðóæè ãîðÿ÷èì ðàçðåæåííûì ãàçîì [81].

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

58

2.2 Âëèÿíèå ôîòîèîíèçàöèè íà èçëó÷åíèå óäàðíûõ âîëí â ðåçîíàíñíûõ ïåðåõîäàõ èîíîâ FeXXV è FeXXVI ïðè ñòîëêíîâåíèè áûñòðûõ îêîëîçâ¼çäíûõ ïîòîêîâ Èçëó÷åíèå ãàçà, âûñâå÷èâàþùåãîñÿ ïîçàäè ôðîíòà óäàðíîé âîëíû, ìîæåò èîíèçîâàòü è íàãðåòü ãàç, íàòåêàþùèé íà ôðîíò. Ýòîò ýôôåêò ïîäðîáíî èññëåäîâàí â êíèãå Çåëüäîâè÷à è Ðàéçåðà [82] äëÿ ñëó÷àÿ ëîêàëüíîãî òåðìîäèíàìè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ, êîãäà âñå ïàðàìåòðû ñðåäû îäíîçíà÷íî îïðåäåëÿþòñÿ òåìïåðàòóðîé â äàííîé òî÷êå.  êîñìè÷åñêèõ óñëîâèÿõ òàêàÿ ñèòóàöèÿ ðåàëèçóåòñÿ â ãëóáîêèõ ñëîÿõ çâåçäíûõ àòìîñôåð [83], à òàêæå íà ðàííèõ ôàçàõ âñïûøêè ñâåðõíîâîé [84]. Ôèçè÷åñêè ýòî ñâÿçàíî ñ äîñòàòî÷íî âûñîêîé ïëîòíîñòüþ ãàçà.  çâåçäíûõ õðîìîñôåðàõ, êîðîíàõ è â îêîëîçâ¼çäíûõ ïîòîêàõ âíóòðè äâîéíûõ ñèñòåì èçëó÷åíèå íå âñåãäà óñïåâàåò ïðèéòè â ðàâíîâåñèå ñ âåùåñòâîì. Ñëåäîâàòåëüíî, ñîñòîÿíèå ñðåäû çäåñü îïðåäåëÿåòñÿ

íå

òîëüêî

òåìïåðàòóðîé,

íî

è

ïîëåì

èçëó÷åíèÿ.

Ïîëóïðîçðà÷íûé ãàç îêîëîçâ¼çäíûõ ïîòîêîâ è âåðõíèõ ñëîåâ àòìîñôåð ìîæåò èíòåíñèâíî âûñâå÷èâàòüñÿ ïðè äîñòàòî÷íî âûñîêîé òåìïåðàòóðå. Ýòèì îí îòëè÷àåòñÿ îò íåïðîçðà÷íûõ ôîòîñôåðíûõ ñëî¼â, ãäå íàãðåâ âåùåñòâà îòíîñèòåëüíî íåâåëèê èççà âûñîêîé òåïëî¼ìêîñòè èçëó÷åíèÿ, à òàêæå îò ìåæçâ¼çäíîé ñðåäû, â êîòîðîé âûñâå÷èâàíèåì ìîæíî ïðåíåáðå÷ü óæå ïðè ýëåêòðîííûõ òåìïåðàòóðàõ ïîðÿäêà ìèëëèîíîâ ãðàäóñîâ. Âûñâå÷èâàíèå, â êîíå÷íîì èòîãå, îïðåäåëÿåò ñïåêòð èçëó÷åíèÿ âñåé îáëàñòè òå÷åíèÿ, ñâÿçàííîé ñ óäàðíîé âîëíîé. Ïîýòîìó îñîáåííîñòè ðàäèàöèîííîãî îõëàæäåíèÿ íàñ áóäóò èíòåðåñîâàòü â ïåðâóþ î÷åðåäü. Âûñâå÷èâàíèå ãàçà â óñëîâèÿõ îêîëîçâ¼çäíûõ ïîòîêîâ ðàññìàòðèâàëîñü â ðÿäå ðàáîò, íàïðèìåð, ([43], [61], [85]), ãëàâíûì îáðàçîì, â ñâÿçè ñ ïðîáëåìîé ôîðìèðîâàíèÿ ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ â ìÿãêîì äèàïàçîíå ñïåêòðà.  ðàáîòå ìû óäåëèëè ãëàâíîå âíèìàíèå ïðîöåññó

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

59

ôîòîèîíèçàöèè íàòåêàþùåãî ãàçà â ïðèìåíåíèè ê ïðîáëåìå èçëó÷åíèÿ â ðåçîíàíñíûõ ëèíèÿõ âîäîðîäî- è ãåëèåïîäîáíûõ èîíîâ æåëåçà.

2.2.1 Ïîñòàíîâêà çàäà÷è Ìû ðàññìàòðèâàåì íàòåêàíèå ñòàöèîíàðíîãî ïëîñêîãî îäíîìåðíîãî ïîòîêà íà íåïîäâèæíûé ôðîíò óäàðíîé âîëíû. Äëÿ îïðåäåëåííîñòè ïðåäïîëîæèì, ÷òî ãàç äâèæåòñÿ ñëåâà íàïðàâî. Ïîòîê õàðàêòåðèçóåòñÿ ñêîðîñòüþ u0 è ïëîòíîñòüþ ρ0 íåâîçìóù¼ííîãî ãàçà áåñêîíå÷íî äàëåêî îò ôðîíòà. Çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ áåðåì â äèàïàçîíå

4000 êì/ñ < u0 < 15000 êì/ñ,

10−14 ã/ñì3 < ρ0 < 10−9 ã/ñì3 , (2.103)

õàðàêòåðíîì äëÿ ãàçîâûõ ïîòîêîâ â òåñíûõ äâîéíûõ ñèñòåìàõ. Ïëîòíîñòü â ðàññìàòðèâàåìîì äèàïàçîíå ñëàáî âëèÿåò íà ñïåêòð èçëó÷åíèÿ. Çäåñü âàæåí ñàì ôàêò âûñâå÷èâàíèÿ, ïðè äàííûõ ñêîðîñòÿõ íå èìåþùèé ìåñòà â ñëèøêîì ðàçðåæåííîé ñðåäå. Íàîáîðîò, â î÷åíü ïëîòíîì ãàçå èçëó÷åíèå îêàçûâàåòñÿ çàïåðòûì, è âîçíèêàåò îïèñàííàÿ â [82] ñèòóàöèÿ òåðìîäèíàìè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ. Ñïåêòð èçëó÷åíèÿ óäàðíîé âîëíû äëÿ u0

< 4000 êì/ñ, êîãäà íå íàäî ó÷èòûâàòü ôîòîèîíèçàöèþ ïåðåä ôðîíòîì, âû÷èñëåí â [86]. Âåðõíÿÿ ãðàíèöà 15000 êì/ñ îïðåäåëÿåòñÿ òåì, ÷òî ìû ïðîâîäèì ðàñ÷åòû â íåðåëÿòèâèñòñêîì ïðèáëèæåíèè. Äëÿ îáúåêòîâ, ïåðå÷èñëåííûõ âî ââåäåíèè, òåìïåðàòóðà íåâîçìóù¼ííîãî ãàçà T0 íå ïðåâûøàåò 104 K. Ñëåäîâàòåëüíî, ÷èñëî Ìàõà, ñîîòâåòñòâóþùåå äèàïàçîíó ñêîðîñòåé (2.103),

çàâåäîìî

áîëüøå,

÷åì

104 .

Ïîýòîìó

ìû

èìååì

ïðàâî

ðàññìàòðèâàòü ñëó÷àé áåñêîíå÷íî ñèëüíîé óäàðíîé âîëíû, êîãäà òåìïåðàòóðà è äàâëåíèå p0 íåâîçìóù¼ííîãî ãàçà ïðèíèìàþòñÿ ðàâíûìè íóëþ. Íàì íåîáõîäèìî ó÷åñòü òðè õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòà: âîäîðîä, ãåëèé è æåëåçî. Âîäîðîä è ãåëèé îïðåäåëÿþò îõëàæäåíèå ïóò¼ì òîðìîçíîãî èçëó÷åíèÿ, à æåëåçî  îõëàæäåíèå ïóòåì âîçáóæäåíèÿ ñïåêòðàëüíûõ ëèíèé è íàãðåâ ïðè ôîòîèîíèçàöèè.  ðàñ÷åòàõ ìû ïðèíÿëè ñðåäíåå

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

60

êîñìè÷åñêîå ñîäåðæàíèå ãåëèÿ è æåëåçà ïî ÷èñëó ÷àñòèö:

zHe = 0.1, zFe = 4 · 10−5 . Âåëè÷èíà zHe âëèÿåò íà òîðìîçíîå èçëó÷åíèå, à zFe - íà ñâåòèìîñòü ãàçà

â ëèíèÿõ æåëåçà.

Îñíîâíûå óðàâíåíèÿ

 ñòàöèîíàðíîì ïîòîêå çàêîíû ñîõðàíåíèÿ èìïóëüñà è ìàññû ñâîäÿòñÿ ê àëãåáðàè÷åñêèì óðàâíåíèÿì:

ρu = ρ0 u0

(2.104)

ρu2 + p = ρ0 u20

(2.105)

Çäåñü ρ  ïëîòíîñòü ãàçà, p  åãî äàâëåíèå. Äàâëåíèå âûðàæàåòñÿ ÷åðåç ïëîòíîñòü ÷èñëà òÿæ¼ëûõ ÷àñòèö  èîíîâ âîäîðîäà è ãåëèÿ n è ñóììàðíóþ òåìïåðàòóðó Θ: (2.106)

p = nkΘ (k  ïîñòîÿííàÿ Áîëüöìàíà). Ñóììàðíàÿ òåìïåðàòóðà ðàâíà

(2.107)

Θ = (1 + ze )T,

ãäå ze  ÷èñëî ýëåêòðîíîâ â ðàñ÷åòå íà îäíó òÿæåëóþ ÷àñòèöó.  çàäà÷å îá èçëó÷åíèè âûñîêîçàðÿäíûõ èîíîâ æåëåçà âîäîðîä è ãåëèé ìîæíî ïîëàãàòü ïîëíîñòüþ èîíèçîâàííûìè.  ýòîì ñëó÷àå ÷èñëåííîå çíà÷åíèå

ze îïðåäåëÿåòñÿ ñîäåðæàíèåì ãåëèÿ: ne = nH + 2nHe = (nH + nHe ) + nHe = nh + nHe , ãäå nh



áåçðàçìåðíàÿ

êîíöåíòðàöèÿ

òÿæ¼ëûõ

÷àñòèö,

êîòîðàÿ

ïðèáëèçèòåëüíî ðàâíà ñóììàðíîé êîíöåíòðàöèè âîäîðîäà è ãåëèÿ, à ïîñêîëüêó ze = ne /nh è zHe = nHe /nh , òî

ze = 1 + zHe

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

ñ

òî÷íîñòüþ

îêîëî

îäíîãî

ïðîöåíòà

(òàêîâ

âêëàä

61

ïîëíîñòüþ

èîíèçîâàííîãî êèñëîðîäà). Ìîëåêóëÿðíûé âåñ µ, ñâÿçûâàþùèé ρ è

n ïî ôîðìóëå ρ = µmn, (m  àòîìíàÿ åäèíèöà ìàññû), ðàâåí X µ= Ai zi , ãäå i

zi = ni /nh  ñîäåðæàíèå äàííîãî ýëåìåíòà ïî ÷èñëó ÷àñòèö, Ai  àòîìíûé âåñ õèìè÷åñêîãî ýëåìåíòà. Òî åñòü â íàøåì ñëó÷àå âîäîðîäî ãåëèåâîé ïëàçìû

µ = 1 + 3zHe . Èç (2.104)  (2.106) ñëåäóåò êâàäðàòíîå óðàâíåíèå äëÿ ñêîðîñòè u êàê ôóíêöèè Θ. Èìååì ρ/ρ0 = u0 /u è

u2 +

ρ0 kΘ = u20 . µm ρ

Òîãäà

v 2 − v + σ = 0, ãäå v =

u kΘ , σ= . u0 µmu20

(2.108)

√ 1+ 1−4σ Ðåøåíèå v = ñïðàâåäëèâî äëÿ íàòåêàþùåãî íà ôðîíò ïîòîêà, 2 √ à v = 1− 21−4σ  äëÿ ãàçà, îòòåêàþùåãî îò ôðîíòà. Óðàâíåíèå äëÿ

âíóòðåííåé ýíåðãèè E ñëåäóåò èç ïåðâîãî çàêîíà òåðìîäèíàìèêè

dE + p dV = dQ

(2.109)

Çäåñü V  îáúåì, çàíèìàåìûé ãàçîì, à dQ  ïîòåðè (èëè ïðèîáðåòåíèå) ýíåðãèè ïðè íåóïðóãèõ ïðîöåññàõ. Åñëè ìû çàïèñûâàåì (2.109) â ðàñ÷åòå íà îäíó òÿæåëóþ ÷àñòèöó, òî

3 E = kΘ, 2

V = 1/n.

(2.110)

Ââåäåì ëàãðàíæåâóþ êîîðäèíàòó t, ðàâíóþ ïðîìåæóòêó âðåìåíè, ïðîøåäøåãî ñ ìîìåíòà ïåðåñå÷åíèÿ ôðîíòà äàííûì ýëåìåíòîì ãàçà. Ïîñëå äèôôåðåíöèðîâàíèÿ ïî dt óðàâíåíèå ýíåðãèè ïðèîáðåòàåò âèä: µ ¶ dE d 1 dQ +p . (2.111) = dt dt n dt

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

62

Ïðàâàÿ ÷àñòü óðàâíåíèÿ ýíåðãèè

Ïðàâàÿ ÷àñòü (2.111) ðàâíà ñêîðîñòè ïîòåðü èëè ïðèîáðåòåíèÿ ýíåðãèè â ðàñ÷åòå íà îäíó òÿæåëóþ ÷àñòèöó:

dQ = −Gb ne + zFe [Gph − ne (Gr + Gc + Gl )] dt Çäåñü Gb

îïèñûâàåò òîðìîçíîå

èçëó÷åíèå, Gph

(2.112)

 íàãðåâ

ïðè

ôîòîèîíèçàöèè, Gr  ðåêîìáèíàöèîííîå èçëó÷åíèå, Gc  ïîòåðè ýíåðãèè íà èîíèçàöèþ ýëåêòðîííûì óäàðîì, Gl  ïîòåðè ïðè âîçáóæäåíèè ýëåêòðîíàìè ðåçîíàíñíûõ ïåðåõîäîâ èîíîâ æåëåçà ñ ïîñëåäóþùèì èçëó÷åíèåì. Íàïèøåì ÿâíûå ôîðìóëû äëÿ âñåõ ñëàãàåìûõ. Òîðìîçíîå èçëó÷åíèå [74]:

√ Gb = kA (1 + 3zHe ) T h

ýðã · ñì3 /c,

A = 4π · 5.44 · 10−39 .

Çäåñü h  ïîñòîÿííàÿ Ïëàíêà, à ìíîæèòåëü (1 + 3zHe ) ó÷èòûâàåò âêëàä ãåëèÿ. Âåëè÷èíà Gb ñâÿçàíà ñ êîýôôèöèåíòîì èçëó÷åíèÿ εν , îïðåäåë¼ííûì â ôîðìóëå (2.128):

R∞ Gb =

εν dν

0

ne n

.

Îõëàæäåíèå â ëèíèÿõ âû÷èñëÿåòñÿ ñóììèðîâàíèåì ïî èîíàì æåëåçà, à äëÿ äàííîãî èîíà áåðåòñÿ ñóììà ïî âîçáóæäåííûì óðîâíÿì X X Gl = xion qline ∆Eline . ion

(2.113)

line

Çäåñü xion  îòíîñèòåëüíàÿ êîíöåíòðàöèÿ ñîîòâåòñòâóþùåãî èîíà æåëåçà, qline  êîýôôèöèåíò âîçáóæäåíèÿ óðîâíÿ, ýíåðãèÿ âîçáóæäåíèÿ êîòîðîãî ðàâíà ∆Eline . Ñëàãàåìîå Gr

ó÷èòûâàåò

óìåíüøåíèå

òåïëîâîé

ýíåðãèè

ïðè

ðåêîìáèíàöèè ýëåêòðîíà ñ ýíåðãèåé 32 kT :

X 3 xion rion , Gr = kT 2 ion

(2.114)

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

63

ãäå rion  ñóììàðíûé êîýôôèöèåíò ðåêîìáèíàöèè. Ïðè óäàðíîé èîíèçàöèè ñâîáîäíûé ýëåêòðîí òåðÿåò ÷àñòü ñâîåé ýíåðãèè, ðàâíîé ïîòåíöèàëó èîíèçàöèè èîíà Pion : X Gc = xion qion Pion .

(2.115)

ion

Çäåñü qion  êîýôôèöèåíò èîíèçàöèè ýëåêòðîííûì óäàðîì. Â

ðåçóëüòàòå

ôîòîèîíèçàöèè

òåïëîâàÿ

ýíåðãèÿ

ñèñòåìû

óâåëè÷èâàåòñÿ íà âåëè÷èíó ýíåðãèè êâàíòà hν çà âû÷åòîì ïîòåíöèàëà èîíèçàöèè. Ñêîðîñòü ïðèîáðåòåíèÿ ýíåðãèè ðàâíà

Gph =

X ion

X Z Fν ¡ ¢ th xion hν − Pion σ(ν) dν, hν ∞

(2.116)

th ν th

ïðè÷åì âòîðàÿ ñóììà ó÷èòûâàåò èîíèçàöèþ èç âíóòðåííèõ îáîëî÷åê. Çäåñü νth  ïîðîãîâàÿ ÷àñòîòà ñîîòâåòñòâóþùåé ãðàíèöû èîíèçàöèè, Fν  ñïåêòðàëüíûé ïîòîê èçëó÷åíèÿ, à σ(ν)  ñå÷åíèå ôîòîèîíèçàöèè êàê ôóíêöèè ÷àñòîòû. Èíäåêñû th è ion ó ñå÷åíèÿ ïîäðàçóìåâàþòñÿ. Ïîãëîùåíèå

èîíèçóþùåãî

èçëó÷åíèÿ

ó÷èòûâàëîñü

ñëåäóþùèì

îáðàçîì. Ïóñòü Fν0  ïîòîê èçëó÷åíèÿ ãîðÿ÷åãî ãàçà, âûñâå÷èâàþùåãîñÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû. Äåòàëüíûå ðàñ÷åòû [49] ïîêàçàëè, ÷òî â îáëàñòè, ãäå â îñíîâíîì ôîðìèðóåòñÿ ïîòîê Fν0 , ìîæíî ïðåíåáðå÷ü ñàìîïîãëîùåíèåì, à â îáëàñòè íàãðåâà ôîòîèîíèçàöèåé  ñîáñòâåííûì èçëó÷åíèåì èîíèçóåìîãî ãàçà. Ïîýòîìó ñïåêòðàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå Fν ìîæåò áûòü îïèñàíî ôîðìóëîé

Fν = Fν0 exp (−τν ) , â êîòîðîé îïòè÷åñêàÿ ãëóáèíà τν íà ÷àñòîòå ν âûðàæàåòñÿ ÷åðåç ðàññòîÿíèå l îò ðàññìàòðèâàåìîé òî÷êè äî ôðîíòà óäàðíîé âîëíû: ! Z l ÃX X τν = zFe n xion σth (ν) dl 0

ion

th

Àòîìíûå äàííûå è çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòîâ âçÿòû íàìè èç èç [87, 88, 89, 90].

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

64

Óðàâíåíèå äëÿ òåìïåðàòóðû

Ïðåîáðàçóåì (2.111) â óðàâíåíèå äëÿ òåìïåðàòóðû. Ñ ýòîé öåëüþ âîñïîëüçóåìñÿ (2.108) è çàïèøåì óðàâíåíèå äëÿ Θ:

k

dΘ 1 dQ = . 3 d ln u dt dt + 2 d ln Θ

(2.117)

Ñîãëàñíî (2.107),

dΘ dT dze = (1 + ze ) + T (2.118) dt dt dt Ôîðìóëà äëÿ dze /dt ñëåäóåò èç ñèñòåìû óðàâíåíèé íåñòàöèîíàðíîé èîíèçàöèè: dxm = Im−1 xm−1 − (Im + Rm ) xm + Rm+1 xm+1 , (2.119) dt ãäå xj  îòíîñèòåëüíàÿ êîíöåíòðàöèÿ j−ãî ñîñòîÿíèÿ èîíèçàöèè æåëåçà, Ij  åãî ñêîðîñòü èîíèçàöèè, Rj  ñêîðîñòü ðåêîìáèíàöèè â (j − 1)−å ñîñòîÿíèå. Âåëè÷èíà Ij ñêëàäûâàåòñÿ èç ñêîðîñòè èîíèçàöèè ýëåêòðîííûì óäàðîì è ñêîðîñòè ôîòîèîíèçàöèè:

ãäå

Ij = qj ne + P Hj ,

(2.120)

X Z Fν P Hj = σth (ν) dν, hν

(2.121)

Rj = rj ne .

(2.122)

∞

th ν th

à

Èçìåíåíèå ze îïðåäåëÿåòñÿ â îñíîâíîì èîíàìè æåëåçà, òàê êàê â ðàññìàòðèâàåìûõ íàìè óñëîâèÿõ âîäîðîä è ãåëèé ìîæíî ñ÷èòàòü ïîëíîñòüþ

èîíèçîâàííûìè,

à

âêëàäîì

äðóãèõ

ýëåìåíòîâ

ìû

ïðåíåáðåãàåì. Òî åñòü êîëè÷åñòâî ýëåêòðîíîâ, ïîëó÷àþùèõñÿ ïðè èîíèçàöèè âîäîðîäà è ãåëèÿ, ìîæíî ñ÷èòàòü ïîñòîÿííûì. Ñëàãàåìîå, êîòîðîå

îïèñûâàåò

êîëè÷åñòâî

ýëåêòðîíîâ,

èîíèçàöèè æåëåçà, âûãëÿäèò òàê: X zFe (m − 1)xm , m

ïîëó÷àþùèõñÿ

ïðè

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

65

òîãäà èçìåíåíèå ñîäåðæàíèÿ ýëåêòðîíîâ çàïèøåòñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì: X dze dxm = zFe (m − 1) . (2.123) dt dt m Ïîäñòàâëÿÿ

(2.119)

â

(2.123)

è

ñóììèðóÿ

âñå

ñëàãàåìûå,ïîñëå

ïðåîáðàçîâàíèé ïðèõîäèì ê îêîí÷àòåëüíîé ôîðìóëå: à ! X X dze = zFe I l xl − R n xn , dt n

(2.124)

l

ãäå ïåðâîå ñóììèðîâàíèå ïðîâîäèòñÿ ïî òåì æå èîíàì, ÷òî è â (2.115), à âòîðîå  êàê â (2.114). Ïðè íåîáõîäèìîñòè ïîëó÷åííàÿ ôîðìóëà îáîáùàåòñÿ íà ñëó÷àé ëþáîãî ÷èñëà õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ. Ïîëó÷èì

óðàâíåíèå

äëÿ

òåìïåðàòóðû.

Äëÿ

ýòîãî

â

(2.117)

ïîäñòàâëÿåì (2.112), (2.118) è (2.123), ïðèíèìàÿ âî âíèìàíèå (2.113), (2.114), (2.115) è (2.116). Ïðè ýòîì ñëàãàåìûå, ñîäåðæàùèå Gb è Gl îñòàþòñÿ áåç èçìåíåíèé. Ñîáèðàåì ñëàãàåìûå ñ Gr , ïîëó÷èì ! µ ¶Ã X 2 dlnu 3 dlnu Ri xi = zFe ne Gr −zFe −zFe ne Gr − kT + . 2 dθ 3 dΘ i

Òåïåðü ðàññìîòðèì ñëàãàåìîå, ó÷èòûâàþùåå èîíèçàöèþ ýëåêòðîííûì óäàðîì. Ñîáèðàåì ñîîòâåòñòâóþùèå ÷ëåíû è ïîëó÷èì: µ

−zFe ne Gc − kT

3 dlnu + 2 dΘ

¶

zFe

X

qi ne xi = −zFe ne

i

X

·

qi xi Pi +

i

µ

3 dlnu + 2 dΘ

¶

¸

kT

.

Îñòàëîñü ñëàãàåìîå ñ ôîòîèîíèçàöèåé. Èìååì zFe Gph − zFe

X

P Hi xi = zFe

X

i

i

∞ µ ¶ ¸ X Z Fν · 3 d ln u th xi hν − Pion − + kT σ(ν) dν. hν 2 d ln Θ th νth

Îêîí÷àòåëüíî óðàâíåíèå äëÿ òåìïåðàòóðû ìîæíî âûïèñàòü ñëåäóþùèì îáðàçîì:

µ k

3 d ln u + 2 d ln Θ

ñ ïðàâîé ÷àñòüþ

S = −Gb ne + zFe ne

µ

¶ (1 + ze )

dT = S dt

¶ 2 d ln u Gr − Gl − Φc + zFe Φph , 3 d ln Θ

(2.125)

(2.126)

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

ãäå

Φc =

X

·

µ

qion xion Pion +

ion

è

Φph =

X ion

 d ln u +  d ln Θ

¶

66

¸ kT

∞ µ ¶ ¸ X Z Fν ·  d ln u th xion hν − Pion − + kT σ(ν) dν. hν  d ln Θ th ν th

Èòàê, çàäà÷à ñâåäåíà ê ðåøåíèþ îäíîãî äèôôåðåíöèàëüíîãî óðàâíåíèÿ äëÿ òåìïåðàòóðû, â ïðàâîé ÷àñòè êîòîðîãî íàäî ó÷åñòü àëãåáðàè÷åñêîå óðàâíåíèå (2.108). Ñòàöèîíàðíîå ïðèáëèæåíèå äëÿ íàòåêàþùåãî ïîòîêà

Ðàñ÷åò ôîòîèîíèçàöèè íàòåêàþùåãî ïîòîêà ñîäåðæèò òðóäíîñòü, ñâÿçàííóþ ñ ó÷åòîì âçàèìîäåéñòâèÿ ïîëÿ èçëó÷åíèÿ ñ âåùåñòâîì. Ñîñòîÿíèå èîíèçàöèè ôèêñèðîâàííîãî ýëåìåíòà ãàçà ýâîëþöèîíèðóåò ñëåâà íàïðàâî: æåëåçî èîíèçóåòñÿ ïî ìåðå ïðèáëèæåíèÿ ê ôðîíòó ïîä äåéñòâèåì óñèëèâàþùåãîñÿ ïîëÿ èçëó÷åíèÿ. Èçëó÷åíèå ôðîíòà ïîãëîùàåòñÿ â íàòåêàþùåì ãàçå è, òàêèì îáðàçîì, ôîðìèðóåòñÿ ñïðàâà íàëåâî. Ñëåäîâàòåëüíî, åñëè ìû áóäåì âû÷èñëÿòü êîíöåíòðàöèè èîíîâ ñëåâà íàïðàâî, èñõîäÿ èç ãðàíè÷íûõ óñëîâèé, òî ñòîëêíåìñÿ ñ òðóäíîñòüþ ðàñ÷åòà ïîëÿ èçëó÷åíèÿ: íåîáõîäèìî çíàòü ñîñòîÿíèå èîíèçàöèè ïðàâåå ðàññìàòðèâàåìîé òî÷êè. Èíûìè ñëîâàìè, ìû óæå äîëæíû çíàòü òî, ÷òî ñîáèðàåìñÿ âû÷èñëèòü. Ðàñ÷åò êîíöåíòðàöèè ñïðàâà

íàëåâî,

â

íàïðàâëåíèè

ôîðìèðîâàíèÿ

ïîëÿ

èçëó÷åíèÿ,

òðåáóåò ïðåäâàðèòåëüíûõ ñâåäåíèé î íåèçâåñòíûõ çàðàíåå âåëè÷èíàõ: òåìïåðàòóðå è ñîñòîÿíèè èîíèçàöèè íà ôðîíòå. Óêàçàííàÿ îñîáåííîñòü õàðàêòåðíà èìåííî äëÿ íàòåêàþùåãî ïîòîêà, òàê êàê â îòòåêàþùåì îò ôðîíòà ãàçå èçëó÷åíèå è ñîñòîÿíèå èîíèçàöèè ôîðìèðóþòñÿ â îäíîì íàïðàâëåíèè. Â

ðàññìàòðèâàåìîì

íàìè

äèàïàçîíå

ñêîðîñòåé

ïðèñóòñòâóþò

óïðîùàþùèå çàäà÷ó ôàêòîðû. Ðàñ÷åòû ïîêàçàëè, ÷òî â êàæäîé òî÷êå óñïåâàþò óñòàíîâèòüñÿ ñòàöèîíàðíûå çíà÷åíèÿ òåìïåðàòóðû

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

è

êîíöåíòðàöèè

èîíîâ

æåëåçà.

Îòñþäà

ñëåäóåò

67

ïðèìåíèìîñòü

ñòàöèîíàðíîãî ïðèáëèæåíèÿ, â êîòîðîì ñîñòîÿíèå èîíèçàöèè æåëåçà è òåìïåðàòóðà ãàçà â íàòåêàþùåì ïîòîêå ïîëíîñòüþ îïðåäåëÿþòñÿ ëîêàëüíûì ïîëåì èçëó÷åíèÿ. Åñëè ìû çíàåì òåìïåðàòóðó ãàçà è ïîòîê èîíèçóþùåãî èçëó÷åíèÿ íà ôðîíòå (êîòîðûé îïðåäåëÿåòñÿ ñâîáîäíîñâîáîäíûìè ïåðåõîäàìè), òî òåìïåðàòóðà è êîíöåíòðàöèè èîíîâ æåëåçà íåïîñðåäñòâåííî ïåðåä ôðîíòîì ëåãêî âû÷èñëÿþòñÿ, ïîñëå ÷åãî ðàñ÷åòû èîíèçàöèè ìîæíî âûïîëíÿòü ñïðàâà íàëåâî. Ïðèâåäåì îáîñíîâàíèÿ ñïðàâåäëèâîñòè ñòàöèîíàðíîãî ïðèáëèæåíèÿ. Ìàñøòàá âðåìåíè ôîòîèîíèçàöèè tph äëÿ j−ãî èîíà ðàâåí

tjph =

1 . P Hj

Àíàëîãè÷íî îïðåäåëÿåòñÿ ìàñøòàá âðåìåíè ðåêîìáèíàöèè: 1 . tjr = Rj Ââåäåì õàðàêòåðíîå âðåìÿ íàãðåâà ïóòåì ôîòîèîíèçàöèè:

theat = à

òàêæå

âðåìåííûå

ìàñøòàáû

ðåçîíàíñíûõ ïåðåõîäîâ

3 kT , 2 zFe Φph îõëàæäåíèÿ

ïóòåì

âîçáóæäåíèÿ

3 kT , 2 zFe ne Gl

tl = è ïóòåì òîðìîçíîãî èçëó÷åíèÿ

3 kT . 2 ne Gb Íàìè áûëè ïðîâåäåíû äåòàëüíûå ðàñ÷åòû â ðàìêàõ ñòàöèîíàðíîãî tb =

ïðèáëèæåíèÿ. Îíè ïîêàçàëè, ÷òî îñíîâíîé âêëàä â îõëàæäåíèå ñðåäè ðàññìàòðèâàåìûõ íàìè ïðîöåññîâ, äàþò ðåçîíàíñíûå ïåðåõîäû è òîðìîçíîå èçëó÷åíèå. Ïîýòîìó îñòàëüíûå ïðîöåññû â îöåíêàõ õàðàêòåðíûõ âðåìåí ìîæíî íå ó÷èòûâàòü.  ñèëó (2.125), (2.126), îáðàòíàÿ âåëè÷èíà âðåìåíè îõëàæäåíèÿ tcool ðàâíà ñóììå îáðàòíûõ çíà÷åíèé tl è tb :

1 tcool

=

1 1 + tb tl

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

68

Îïðåäåëèì äèíàìè÷åñêèé ìàñøòàá âðåìåíè tD . Äëÿ ýòîãî ïîñðåäñòâîì

lD îáîçíà÷èì ðàññòîÿíèå, íà êîòîðîì ñêîðîñòü ôîòîíàãðåâà óìåíüøàåòñÿ íà

10%

çà

ñ÷åò

ïîãëîùåíèÿ

èçëó÷åíèÿ.

Âåëè÷èíó tD

ïðèìåì

ðàâíîé ïðîìåæóòêó âðåìåíè, â òå÷åíèå êîòîðîãî íàòåêàþùèé ãàç ïðîõîäèò ðàññòîÿíèå, ðàâíîå lD . Âûðàçèì óñëîâèå ïðèìåíèìîñòè ñòàöèîíàðíîãî ïðèáëèæåíèÿ ÷åðåç ââåäåííûå âûøå õàðàêòåðíûå âðåìåíà. Îáîçíà÷èì ÷åðåç βion îòíîøåíèå tph /tD . Ñîñòîÿíèå èîíèçàöèè k-ãî èîíà óñòàíàâëèâàåòñÿ çà âðåìÿ tkph . Åñëè ãàç çà ýòî âðåìÿ ïðîõîäèò ðàññòîÿíèå, ìåíüøåå lD , òî îí áóäåò íàõîäèòüñÿ ïðàêòè÷åñêè â íåèçìåííîì ïîëå

èçëó÷åíèÿ. Ïîýòîìó íåîáõîäèìûì óñëîâèåì

ñòàöèîíàðíîñòè ÿâëÿåòñÿ

βion ¿ 1. Âòîðîå óñëîâèå âûðàæàåò ïîñòîÿíñòâî òåìïåðàòóðû (îò êîòîðîé çàâèñèò ñêîðîñòü ðåêîìáèíàöèè). Ïîâòîðèâ ðàññóæäåíèÿ, êîòîðûå ïðèâåëè íàñ ê ïîñëåäíåé ôîðìóëå, ìû ïîëó÷èì óñëîâèå ñòàöèîíàðíîñòè ïî íàãðåâó

βheat ¿ 1. ãäå

max(theat , tcool ) tD Ïðè âûïîëíåíèè ýòîãî óñëîâèÿ áîëüøèå ïî àáñîëþòíîé âåëè÷èíå βheat =

ñëàãàåìûå â ïðàâîé ÷àñòè (2.126) ïðàêòè÷åñêè êîìïåíñèðóþò äðóã äðóãà; â ðåçóëüòàòå ïðîèçâîäíàÿ îò òåìïåðàòóðû ñòàíîâèòñÿ îòíîñèòåëüíî ìàëîé âåëè÷èíîé. Âåëè÷èíû βion è βheat ñëåâà îò ôðîíòà, êàê ïîêàçàëè ïîäðîáíûå ðàñ÷åòû,

äåéñòâèòåëüíî

ìàëû,

÷òî

èëëþñòðèðóåò

ðèñ.

2.5.

Íà

í¼ì ïðèâåäåíû çàâèñèìîñòè βion (u0 ) è βheat (u0 ) â äâóõ òî÷êàõ: íåïîñðåäñòâåííî ïåðåä âÿçêèì ñêà÷êîì (ñïëîøíûå ëèíèè), è òàì, ãäå êîíöåíòðàöèÿ âîäîðîäîïîäîáíîãî èîíà æåëåçà x26 óìåíüøàåòñÿ äî

0.05

(ïóíêòèð).

Ìåæäó

íèìè

ôîðìèðóåòñÿ

îñíîâíàÿ

÷àñòü

ðåêîìáèíàöèîííîãî èçëó÷åíèÿ âîäîðîäî- è ãåëèåïîäîáíûõ èîíîâ æåëåçà. Äâå âåðõíèå êðèâûå à) îïèñûâàþò ôóíêöèþ βheat (u0 ), à äâå íèæíèå á) -

βion (u0 ).

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

69

lgb à

-1 -3

á

-5 4

6

8

10 12 14

u0, ñì/c

Ðèñ. 2.5: Ïðèìåíèìîñòü ñòàöèîíàðíîãî ïðèáëèæåíèÿ: à) ïî íàãðåâó è á) ïî èîíèçàöèè. Äâå âåðõíèå êðèâûå îïèñûâàþò ôóíêöèþ βheat (u0 ), à äâå íèæíèå  βion (u0 ).

Âñå ìàñøòàáû âðåìåíè îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíû ïëîòíîñòè ãàçà.  ñëó÷àå tcool è trec ýòî ñëåäóåò íåïîñðåäñòâåííî èç îïðåäåëåíèÿ. Ñïåêòðàëüíàÿ

ïëîòíîñòü

èçëó÷åíèÿ

ãàçà

ïîçàäè

ôðîíòà

Fν

ïðîïîðöèîíàëüíà ρ0 [50]. Ïîýòîìó tph , theat è tD çàâèñÿò îò n0 òàê æå, êàê è tcool è trec . Ñëåäîâàòåëüíî, îòíîøåíèÿ βion è βheat íå çàâèñÿò îò ïëîòíîñòè. Âêëàä ðàçëè÷íûõ ïðîöåññîâ â ñêîðîñòü îõëàæäåíèÿ

Çäåñü ìû ïðèâåäåì òå ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ, ïî êîòîðûì ìîæíî ñóäèòü îá îòíîñèòåëüíîì âêëàäå ðàçíûõ ñëàãàåìûõ ïðàâîé ÷àñòè (2.126). Îñíîâíûìè ïðîöåññàìè îõëàæäåíèÿ îêàçàëèñü ñâîáîäíîñâîáîäíûå ïåðåõîäû è âîçáóæäåíèå èîíîâ æåëåçà. Âêëàä èîíèçàöèè ýëåêòðîííûì óäàðîì è ðåêîìáèíàöèè íå ïðåâûøàåò 0.1%. Ñëåäîâàòåëüíî, â (2.126) ìîæíî îïóñòèòü ñëàãàåìûå ñ Gr è Φc , ÷òî ìû è áóäåì äåëàòü â äàëüíåéøåì. Ñàìûì ìîùíûì ìåõàíèçìîì îõëàæäåíèÿ âñþäó ïåðåä ôðîíòîì ÿâëÿåòñÿ òîðìîçíîå èçëó÷åíèå. Íà ðèñ. 2.6 ïðèâåäåíà çàâèñèìîñòü îòíîøåíèÿ rline = tl /tb îò ðàññòîÿíèÿ äî ôðîíòà äëÿ ðàçíûõ çíà÷åíèé ñêîðîñòè íåâîçìóù¼ííîãî ãàçà ïðè n0 = 1015 ñì−3 . Áîëüøèì çíà÷åíèÿì rline ñîîòâåòñòâóåò ìàëûé âêëàä ëèíèé â îõëàæäåíèå. Õîðîøî âèäíî, ÷òî âîçáóæäåíèå èîíîâ æåëåçà âñåãäà ñëàáåå òîðìîçíîãî èçëó÷åíèÿ, íî â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ îíî ìîæåò áûòü çàìåòíûì. Ïîýòîìó

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

70

â (2.126) íåîáõîäèìî óäåðæàòü ñëàãàåìîå ñ Gl . lgrline

3

2

1

6.8 7.0 7.2 7.4

lgL

Ðèñ. 2.6: Ñðàâíåíèå âðåì¼í îõëàæäåíèÿ â ëèíèÿõ è â êîíòèíóóìå ïåðåä ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû. Ïóíêòèðíàÿ ëèíèÿ îòâå÷àåò u0 = 7000 êì/ñ, òî÷å÷íàÿ  10000 êì/ñ, ñïëîøíàÿ  13000 êì/ñ.

2.2.2 Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èîíèçóþùåãî èçëó÷åíèÿ Ïîçàäè ôðîíòà óäàðíîé âîëíû òîðìîçíîå èçëó÷åíèå è âîçáóæäåíèå ëèíèé æåëåçà îñòàþòñÿ, êàê è ïåðåä ôðîíòîì, ãëàâíûìè ìåõàíèçìàìè îõëàæäåíèÿ. Ïîòåíöèàëû èîíèçàöèè âîäîðîäî è ãåëèåïîäîáíîãî èîíîâ æåëåçà ïðåâûøàþò ýíåðãèè äèñêðåòíûõ ïåðåõîäîâ, ñëåäîâàòåëüíî, èîíèçóþùåå èçëó÷åíèå ôîðìèðóåòñÿ òîëüêî ïóòåì ñâîáîäíîñâîáîäíûõ ïåðåõîäîâ. Ïðàâäà, âîçáóæäåíèå ëèíèé ìîæåò îïîñðåäîâàííî âëèÿòü íà ñïåêòð èçëó÷åíèÿ ÷åðåç ñêîðîñòü îõëàæäåíèÿ, òàê êàê ãàç îõëàæäàåòñÿ, è åãî ñïåêòð ìåíÿåòñÿ. Íî â ðàññìàòðèâàåìîì èíòåðâàëå ñêîðîñòåé ýòîò ýôôåêò íåâåëèê, ÷òî ïîäòâåðæäàþò äåòàëüíûå ðàñ÷¼òû: â òî÷êå, ãäå èîíèçóþùåå èçëó÷åíèå ñôîðìèðîâàíî íà 99%, îòíîñèòåëüíûé âêëàä âîçáóæäåíèÿ ëèíèé â ñêîðîñòü îõëàæäåíèÿ ñîñòàâëÿåò ëèøü îêîëî 12%.  îáëàñòè áîëåå âûñîêèõ òåìïåðàòóð âêëàä ëèíèé çíà÷èòåëüíî ìåíüøå. Íà ðèñ. 2.7 ïðèâåäåíà çàâèñèìîñòü ââåä¼ííîé âûøå âåëè÷èíû

rline îò òåêóùåãî çíà÷åíèÿ òåìïåðàòóðû T çà ôðîíòîì. Ðàñ÷¼òû,

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

71

lgrline 4 3 2 1 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 lgT Ðèñ. 2.7: Îòíîñèòåëüíûé âêëàä âîçáóæäåíèÿ èîíîâ æåëåçà â ñêîðîñòü îõëàæäåíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû.

ïðîâåä¼ííûå äëÿ ìíîãèõ çíà÷åíèé u0 èç (2.103) ïîêàçàëè, ÷òî âåëè÷èíà

rline ïðè ôèêñèðîâàííîì çíà÷åíèè T ïðàêòè÷åñêè îäèíàêîâà äëÿ ðàçíûõ ñêîðîñòåé u0 . Ïîýòîìó ãðàôèê ðèñ. 2.7 ñïðàâåäëèâ äëÿ âñåõ ñêîðîñòåé. Óêàçàííîå îáñòîÿòåëüñòâî ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü àíàëèòè÷åñêîå âûðàæåíèå äëÿ Fν0 . Ðàñ÷åòû ïðîâîäèëèñü ïî ôîðìóëå Z 1 εν dl, Fν0 = 2

(2.127)

â êîòîðîé ñïåêòðàëüíûé êîýôôèöèåíò òîðìîçíîãî èçëó÷åíèÿ ðàâåí µ ¶ hν ýðã −1/2 εν = A · T exp − ( 1 + 3 zHe) ne n . (2.128) kT ñì3 ñåê Ãö Ìíîæèòåëü

1 2

ïåðåä èíòåãðàëîì ó÷èòûâàåò â ðàìêàõ ïëîñêîãî

îäíîìåðíîãî ïðèáëèæåíèÿ âïåðåäíàçàä òîò ôàêò, ÷òî èîíèçóþùåå èçëó÷åíèå ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ â äâóõ íàïðàâëåíèÿõ îò ôðîíòà. Èíòåãðèðîâàíèå ïî êîîðäèíàòå dl ñâîäèòñÿ ê èíòåãðèðîâàíèþ ïî òåìïåðàòóðå ñ ïîìîùüþ óðàâíåíèÿ (2.125) è ñîîòíîøåíèÿ

dt dT, dT ñâÿçûâàþùåãî ðàññòîÿíèå l íåêîòîðîé òî÷êè äî ôðîíòà ñ ìãíîâåííûì dl = u

çíà÷åíèåì òåìïåðàòóðû T . Ñîãëàñíî ñêàçàííîìó âûøå, â ïðàâîé ÷àñòè (2.125) ìû ñîõðàíèëè òîëüêî ñëàãàåìîå ñ Gb .  ëåâîé ÷àñòè ïðîèçâîäíàÿ

d ln u/d ln Θ ïðèíÿòà ðàâíîé åäèíèöå  ýòî ïðèáëèæåíèå ñïðàâåäëèâî ïðè ìàëûõ ñêîðîñòÿõ, êîãäà â ñîîòíîøåíèè (2.108) ìîæíî ïðåíåáðå÷ü

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

72

v 2 ïî ñðàâíåíèþ ñ v . Ïîçàäè ôðîíòà, ãäå äàâëåíèå ñ äîñòàòî÷íîé òî÷íîñòüþ îäíîðîäíî (ïî ñðàâíåíèþ ñ òåìïåðàòóðîé è ïëîòíîñòüþ) ýòî ïðèáëèæåíèå ïðèâîäèò ê îøèáêå íå áîëåå òð¼õ ïðîöåíòîâ.  ðåçóëüòàòå ïîëó÷èì îòêóäà ñëåäóåò

dt 5 (1 + ze )h √ = dT 2 A T ne (1 + 3zHe ) Fν0 =

5 (1 + ze )h n0 u0 E1 4

Ã

hν kTô

! ,

ãäå E1 (x)  èíòåãðàëüíàÿ ïîêàçàòåëüíàÿ ôóíêöèÿ, à Tô  òåìïåðàòóðà íà ôðîíòå.

2.2.3 Èçëó÷åíèå â ðåçîíàíñíûõ ëèíèÿõ èîíîâ æåëåçà Ðåøåíèå óðàâíåíèÿ (2.125) äàåò çàâèñèìîñòü òåìïåðàòóðû îò êîîðäèíàòû.  ñòàöèîíàðíîì ïðèáëèæåíèè êîíöåíòðàöèè èîíîâ æåëåçà ÿâëÿþòñÿ îäíîçíà÷íûìè ôóíêöèÿìè òåìïåðàòóðû è ëîêàëüíîãî ïîëÿ èçëó÷åíèÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, ìû ìîæåì âû÷èñëèòü ïîòîê èçëó÷åíèÿ â ëèíèÿõ æåëåçà ïî ôîðìóëå, àíàëîãè÷íîé (2.127), â êîòîðîé âìåñòî

εν íàäî ïîäñòàâèòü ýôôåêòèâíûé êîýôôèöèåíò èçëó÷åíèÿ j−ãî èîíà æåëåçà ∗ ∗ ∗ εj = (qinn xj−1 + qexc xj + αrec xj+1 ) ∆E zFe n ne .

Çäåñü ïåðâîå ñëàãàåìîå îïèñûâàåò âîçáóæäåíèå j−ãî èîíà ïóòåì èîíèçàöèè èç âíóòðåííåé îáîëî÷êè (j − 1)−ãî èîíà, âòîðîå  âîçáóæäåíèå ýëåêòðîííûì óäàðîì, òðåòüå  ðåêîìáèíàöèþ. Ìíîæèòåëè ∗ ∗ ∗ qinn , qexc è αrec  ñîîòâåòñòâåííî, ýôôåêòèâíûé (ñ ó÷¼òîì êàñêàäîâ)

êîýôôèöèåíò

èîíèçàöèè

èç

âíóòðåííåé

îáîëî÷êè,

êîýôôèöèåíò

âîçáóæäåíèÿ ýëåêòðîííûì óäàðîì è êîýôôèöèåíò ðåêîìáèíàöèè;

∆E  ýíåðãèÿ ñîîòâåòñòâóþùåãî ïåðåõîäà. Àòîìíûå äàííûå âçÿòû èç [91]. Ïîòîê èçëó÷åíèÿ â ëèíèè óäîáíî íîðìèðîâàòü íà âåëè÷èíó

F =

1 ρ0 u30 , 2

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

73

â ñëó÷àå ïîëíîãî âûñâå÷èâàíèÿ ðàâíóþ ïîòîêó ýíåðãèè ÷åðåç ôðîíò [74]. Ðàñ÷åòû âûïîëíåíû äëÿ ïåðåõîäà Lyα âîäîðîäîïîäîáíîãî èîíà x26 è òðåõ ïåðåõîäîâ ãåëèåïîäîáíîãî èîíà x25 íà îñíîâíîé óðîâåíü 11 S0 : ñ óðîâíåé 21 P1 , 23 S1 è 23 P1 . Ïåðåíóìåðóåì ïåðåõîäû ñëåäóþùèì îáðàçîì: íîìåð

ïåðåõîä

èîí

1

21 P1 − 11 S0 FeXXV

2

23 P1 − 11 S0 FeXXV 23 S1 − 11 S0 FeXXV 2p − 1s FeXXVI

3 4

è ñîñòàâèì áåçðàçìåðíûå îòíîøåíèÿ

Fj , F ãäå Fj  ïîòîê èçëó÷åíèÿ ïðè j−ì ïåðåõîäå. Áåçðàçìåðíûå ïîòîêè fj êàê ôóíêöèè u0 ïðèâåäåíû íà ðèñ. 2.8: ñïëîøíàÿ ëèíèÿ  èçëó÷åíèå f + ãàçà ñïðàâà îò ôðîíòà, ïóíêòèð  ñëåâà îò ôðîíòà, f − . Òî÷êàìè fj =

îáîçíà÷åí îòíîñèòåëüíûé âêëàä â Fj ãàçà ñëåâà îò ôðîíòà, òî åñòü âåëè÷èíà f − /(f + +f − ). Èç ïðèâåä¼ííûõ ãðàôèêîâ âèäíî, ÷òî èçëó÷åíèåì íàòåêàþùåãî ãàçà ìîæíî ïðåíåáðå÷ü ïðè u0 < 4000êì/ñ. Îíî ðàñòåò ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ ñêîðîñòè è óæå ïðè u0 > 5000êì/ñ ñòàíîâèòñÿ ñðàâíèìûì ñ èçëó÷åíèåì îòòåêàþùåãî îò ôðîíòà ãàçà. Ïî ìåðå äàëüíåéøåãî óâåëè÷åíèÿ ñêîðîñòè ôðîíòà âêëàä ãàçà ñëåâà îò ôðîíòà ñòàíîâèòñÿ îïðåäåëÿþùèì. Îáñóäèì

ôèçè÷åñêèé

ñìûñë

ïîëó÷åííûõ

ðåçóëüòàòîâ.

Ðåêîìáèíàöèîííîå èçëó÷åíèå íàòåêàþùåãî ãàçà ÿâëÿåòñÿ âòîðè÷íûì ïðîöåññîì ïî îòíîøåíèþ ê âûñâå÷èâàíèþ ãàçà ïîçàäè ôðîíòà. Ïîýòîìó åãî îòíîñèòåëüíûé âêëàä â ïîëíûé ïîòîê èçëó÷åíèÿ óäàðíîé âîëíû äîëæåí áûòü ìàë ïðè âñåõ óñëîâèÿõ. Íî êàê ìû óñòàíîâèëè âûøå, â ëèíèÿõ âûñâå÷èâàåòñÿ ëèøü ìàëàÿ ÷àñòü ýíåðãèè, ïîëó÷àåìîé ãàçîì íà ôðîíòå. Ïðè áîëüøèõ çíà÷åíèÿõ u0 æåëåçî íà ôðîíòå ïîëíîñòüþ èîíèçóåòñÿ, ÷òî ïðèâîäèò ê óìåíüøåíèþ ñâå÷åíèÿ â ðåçîíàíñíûõ ëèíèÿõ. Ïîòîê èîíèçóþùåãî èçëó÷åíèÿ, íàîáîðîò, óâåëè÷èâàåòñÿ è

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû lg f1

lg f2

0

0

-1

-1

-2

-2

-3

-3

4

6

8 10 12 14 16 8 u0, 10 ñì/ñ

lg f3

lg f4

0

0

4

6

8 10 12 14 16 8 u0, 10 ñì/ñ

4

6

8 10 12 14 16 8 u0, 10 ñì/ñ

74

-1 -1

-2 -3

-2

-4 -5

-3

-6 4

6

8 10 12 14 16 8 u0, 10 ñì/ñ

Ðèñ. 2.8: Èçëó÷åíèå èîíîâ æåëåçà â äèñêðåòíûõ ïåðåõîäàõ: à) 21 P1 − 11 S0 èîíà FeXXV, á) 23 P1 − 11 S0 èîíà FeXXV, â) 23 S1 − 11 S0 èîíà FeXXV, ã) Lyα èîíà FeXXVI

îáóñëàâëèâàåò ðîñò ðåêîìáèíàöèîííîãî ñâå÷åíèÿ æåëåçà ïåðåä ôðîíòîì. T_,êý 0.3

0.2

0.1

4

6

8 10 12 14 16

8

u , 10 ñì/ñ 0

Ðèñ. 2.9: Òåìïåðàòóðà íàòåêàþùåãî ãàçà ïåðåä âÿçêèì ñêà÷êîì.

Ñâå÷åíèå íàòåêàþùåãî ãàçà â ðåçîíàíñíûõ ëèíèÿõ âîäîðîäî- è

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

75

ãåëèåïîäîáíîãî èîíîâ æåëåçà îïðåäåëÿåòñÿ, â îñíîâíîì, ðàäèàòèâíîé ðåêîìáèíàöèåé.

Îòíîñèòåëüíûé

âêëàä

òðåõ

äðóãèõ

ïðîöåññîâ

(èîíèçàöèè èç âíóòðåííåé îáîëî÷êè, âîçáóæäåíèÿ ýëåêòðîííûì óäàðîì è äèýëåêòðîííîé ðåêîìáèíàöèè) ìàë èç-çà íèçêîé òåìïåðàòóðû ãàçà ïåðåä ôðîíòîì ïî ñðàâíåíèþ ñ ïîòåíöèàëîì âîçáóæäåíèÿ ïåðåõîäîâ. Äëÿ íàãëÿäíîñòè íà ðèñ. 2.9 ïðèâåäåíà çàâèñèìîñòü îò u0 âåëè÷èíû

T−  òåìïåðàòóðû íàòåêàþùåãî ãàçà íåïîñðåäñòâåííî ïåðåä âÿçêèì ñêà÷êîì. Ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå T− ðàâíî 0.3 êýÂ, îíî ïî êðàéíåé ìåðå â äâàäöàòü ðàç ìåíüøå ïîòåíöèàëà âîçáóæäåíèÿ ãåëèåïîäîáíîãî èîíà æåëåçà (≈ 6.7 êýÂ). Êàê ïîêàçàíî â [87], íè âîäîðîäî, íè äàæå ãåëèåïîäîáíûå èîíû æåëåçà íå ìîãóò ïîÿâèòüñÿ ïðè òàêîé òåìïåðàòóðå â ñêîëüêî-íèáóäü çàìåòíîì êîëè÷åñòâå, åñëè èîíèçàöèÿ ïðîèçâîäèòñÿ ýëåêòðîííûì óäàðîì. Îäíàêî â íàøèõ ðàñ÷åòàõ ñòåïåíü èîíèçàöèè æåëåçà â íàòåêàþùåì ãàçå îêàçàëàñü äîñòàòî÷íî âåëèêà. Íà ðèñ. 2.10 ïðåäñòàâëåíû ãðàôèêè êîíöåíòðàöèé x25 , x26 è x27 íåïîñðåäñòâåííî ïåðåä ôðîíòîì (x27  êîíöåíòðàöèÿ ïîëíîñòüþ èîíèçîâàííîãî æåëåçà). Ñëåäîâàòåëüíî, ýòè çíà÷åíèÿ îáóñëîâëåíû èñêëþ÷èòåëüíî ôîòîèîíèçàöèåé. Òàêèì îáðàçîì, ïðèñóòñòâèå âîäîðîäî è ãåëèåïîäîáíûõ èîíîâ æåëåçà ïåðåä ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû îïðåäåëÿåòñÿ ïîëåì èçëó÷åíèÿ, à íå òåìïåðàòóðîé. Âåëè÷èíà T− ìàëà ïî ñðàâíåíèþ ñ òåìïåðàòóðîé ôðîíòà Tô. Îòñþäà,

ñîãëàñíî (2.108), ñëåäóåò, ÷òî íàòåêàþùèé ãàç òîðìîçèòñÿ ñëàáî. Ýòî çàêëþ÷åíèå èëëþñòðèðóåòñÿ ðèñ. 2.11, íà êîòîðîì ïðèâåäåíà âåëè÷èíà

δ = 1 − u− /u0 , ãäå u−  ñêîðîñòü ãàçà íåïîñðåäñòâåííî ïåðåä âÿçêèì ñêà÷êîì.

2.2.4 Îáñóæäåíèå ðåçóëüòàòîâ è ïðèëîæåíèå ê îáúåêòó SS433 Èòàê, ïðè ñêîðîñòè íåâîçìóù¼ííîãî ãàçà îòíîñèòåëüíî ôðîíòà âûøå 5000 êì/ñ ñâå÷åíèå íàòåêàþùåãî ãàçà â ëèíèÿõ âîäîðîäî è ãåëèåïîäîáíîãî èîíîâ æåëåçà ñòàíîâèòñÿ ñðàâíèìûì ñ èçëó÷åíèåì ãàçà ïîçàäè ôðîíòà.

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

76

lg x 0 -1

-2

-3

4

6

8 10 12 14 16

8

u , 10 ñì/ñ 0

Ðèñ. 2.10: Êîíöåíòðàöèè èîíîâ æåëåçà ïåðåä ôðîíòîì: ñïëîøíàÿ ëèíèÿ  ãåëèåïîäîáíîãî èîíà x25 , òî÷êè  âîäîðîäîïîäîáíîãî èîíà x26 , ïóíêòèð - ïîëíîñòüþ èîíèçîâàííîãî æåëåçà x27 lg d -3

-4

4

6

8 10 12 14 16

8

u , 10 ñì/ñ 0

Ðèñ. 2.11: Òîðìîæåíèå íàòåêàþùåãî ãàçà ïåðåä âÿçêèì ñêà÷êîì.

Ïîëó÷åííûé ðåçóëüòàò èìååò îòíîøåíèå ê ïðîáëåìå òåñíîé äâîéíîé ñèñòåìû SS 433. Ñîãëàñíî ãèäðîäèíàìè÷åñêîé ìîäåëè [81], íàáëþäàåìîå ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå SS 433 â äèàïàçîíå 630 êý îáúÿñíÿåòñÿ óäàðíûìè âîëíàìè âíóòðè ïëîòíûõ îáëàêîâ ðåëÿòèâèñòñêîãî äæåòà. Ñêîðîñòü óäàðíûõ âîëí uc îïðåäåëÿåòñÿ ïëîòíîñòüþ îáëàêà è ìîæåò ïðèíèìàòü, âîîáùå ãîâîðÿ, ëþáîå çíà÷åíèå, ìåíüøåå ñêîðîñòè äâèæåíèÿ îáëàêà, ðàâíîé ïðèáëèçèòåëüíî 80000 êì/ñ. Ïî-âèäèìîìó, âåëè÷èíà uc íå ïðåâîñõîäèò 20000 êì/ñ. Ýôôåêòèâíîñòü èçëó÷åíèÿ â ðåçîíàíñíûõ ëèíèÿõ îò ãàçà, ïðîøåäøåãî ÷åðåç ôðîíò, ïàäàåò ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ

u0 âñëåäñòâèå ñèëüíîé èîíèçàöèè æåëåçà âáëèçè ôðîíòà. Ïîýòîìó

Ãëàâà 2. Ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû

77

áåç ó÷åòà ôîòîèîíèçàöèè ïðèõîäèëîñü áû ïðåäïîëàãàòü, ÷òî ïî êàêîé-òî ïðè÷èíå uc ëåæèò âíóòðè äîâîëüíî óçêîãî äèàïàçîíà. Ïðåäïîëîæåíèå î ñïåöèàëüíûì îáðàçîì ïîäîáðàííîì ðàñïðåäåëåíèè ïëîòíîñòè îáëàêîâ, ïðè÷¼ì èìåííî òàêîì, ÷òîáû îáëàêà ìàêñèìàëüíî èíòåíñèâíî èçëó÷àëè â ëèíèÿõ æåëåçà, îçíà÷àëî áû ñåðü¼çíûé íåäîñòàòîê ìîäåëè.  äåéñòâèòåëüíîñòè, ïî-âèäèìîìó, èìååò ìåñòî êàêîå-òî ïëàâíîå ðàñïðåäåëåíèå îáëàêîâ ïî ïëîòíîñòè, è ðåàëèçóþòñÿ ñàìûå ðàçíûå çíà÷åíèÿ ñêîðîñòè ôðîíòà. Ãðàôèêè ðèñ. 2.8 ïîêàçûâàþò, ÷òî èíòåíñèâíîñòü èçëó÷åíèÿ â ëèíèÿõ æåëåçà íå ïàäàåò ñ ðîñòîì ñêîðîñòè, ïðè÷åì òàì, ãäå âåëè÷èíà uc äîñòàòî÷íî âåëèêà, îñíîâíîé âêëàä â ñâå÷åíèå â ðåçîíàíñíûõ ëèíèÿõ äàåò ãàç ïåðåä ôðîíòîì.

Ãëàâà 3 Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå 3.1 Íàáëþäåíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå è ñòîëêíîâåíèå çâ¼çäíûõ âåòðîâ Èçó÷åíèå ñòîëêíîâåíèÿ âåòðîâ â äâîéíûõ ñèñòåìàõ, ñîäåðæàùèõ WR êîìïîíåíòîâ, èíòåðåñíî ïîòîìó, ÷òî çâ¼çäû Âîëüôà-Ðàéå îòëè÷àþòñÿ îò íîðìàëüíûõ (ò.å. çâ¼çä ãëàâíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè) òåì, ÷òî íàõîäÿòñÿ íà ïîñëåäíåé ñòàäèè ýâîëþöèè ìàññèâíûõ çâ¼çä, èõ âåòðà ñèëüíî îáîãàùåíû òÿæ¼ëûìè ýëåìåíòàìè è, êðîìå òîãî, çíà÷èòåëüíûé òåìï ïîòåðè ìàññû äåëàåò ñòîëêíîâåíèå âåòðîâ áîëåå çíà÷èìûì. Ñëàáàÿ ïåðåìåííîñòü ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ WR140 â äèàïàçîíå îò 2 äî 6 êý íà ïðîòÿæåíèè âñåãî îðáèòàëüíîãî ïåðèîäà ÿâëÿåòñÿ îäíîé èç íàèáîëåå ÿðêèõ îñîáåííîñòåé ýòîé äâîéíîé ñèñòåìû. ×åðåïàùóê [38] â ñâî¼ì îáçîðå îòìå÷àåò, ÷òî HD 193793 ïîêàçûâàåò ñëàáóþ ïåðåìåííîñòü (≤ 30%) â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå è ñèëüíóþ ïåðåìåííîñòü â ðàäèî è ÈÊ äèàïàçîíàõ. Ýìèññèîííàÿ ëèíèÿ æåëåçà 6.7 êý â ñïåêòðå ýòîé ñèñòåìû ñâèäåòåëüñòâóåò î òåïëîâîé ïðèðîäå ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ. Ïðè èíòåðïðåòàöèè íàáëþäåíèé ñî ñïóòíèêà GINGA, êîòîðûå ïðîâîäèëèñü â ïåðèîä ìåæäó àâãóñòîì 1987 è 1988 ãîäîâ [28], áûëî óñòàíîâëåíî, ÷òî ðåíòãåíîâñêàÿ ñâåòèìîñòü HD 193793 â äèàïàçîíå ýíåðãèé 26 êý ñîñòàâèëà ïîðÿäêà 1.5 · 10−11 ýðã/ñì2 ñ è íå ïîêàçàëà 78

Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå

79

çàìåòíûõ èçìåíåíèé àìïëèòóäû íà ïðîòÿæåíèè øèðîêîãî äèàïàçîíà ôàç åãî îðáèòàëüíîãî ïåðèîäà. Ðåçóëüòàòû ñâîèõ íàáëþäåíèé àâòîðû ñðàâíèâàëè ñ áîëåå ðàííèìè íàáëþäåíèÿìè ñî ñïóòíèêà EXOSAT, êîòîðûå ïðîâîäèëèñü â ìàå 1984, èþíå 1985 è îêòÿáðå 1985 ãîäîâ [39]. Îíè ïðèøëè ê âûâîäó, ÷òî ñâåòèìîñòü îáúåêòà èçìåíèëàñü íå ñèëüíî, ïî êðàéíåé ìåðå ìåæäó 1984 è 1988 ãîäàìè. Áîëåå ïîçäíèå íàáëþäåíèÿ ñî ñïóòíèêà ASCA [29] òàêæå ïðè ñðàâíåíèè ñ íàáëþäåíèÿìè GINGA 1987 ãîäà íå îáíàðóæèëè îæèäàåìîé èç-çà èçìåíåíèÿ ðàññòîÿíèÿ ìåæäó çâ¼çäàìè èçìåíåíèÿ ðåíòãåíîâñêîé ñâåòèìîñòè â äèàïàçîíå 2 6 êýÂ. Íàáëþäàåìûé ïîòîê â ýòîì äèàïàçîíå ýíåðãèé ñîñòàâèë 1.6 ·

10−11 ýðã/ñì2 ñ. Íèæå (òàáëèöà 3.1, ðèñ. 3.1) ïðèâåä¼í ðåíòãåíîâñêèé ñïåêòð WR140 â äèàïàçîíå 25 êýÂ, ïîëó÷åííûé â 1984-85 ãîäàõ ñ ðåíòãåíîâñêîãî ñïóòíèêà EXOSAT [39]. Ýòîò ñïåêòð ÿâëÿåòñÿ òèïè÷íûì äëÿ äàííîé ñèñòåìû. Çàâàë â äèàïàçîíå ýíåðãèé ìåíüøå 2 êý îáóñëîâëåí ïîãëîùåíèåì.  ðàññìàòðèâàåìîì íàìè äèàïàçîíå 25 êý ïîãëîùåíèå íå ñóùåñòâåííî. Date

1984.38 1985.32 1985.48 1985.80

3Lx∗

LE CMA lters Al/Par Boron −3 −1 (10 count s )

3.8 ± 0.5 1.8 ± 0.3 1.4 ± 0.4 1.0 ± 0.3 1.7 ± 0.2

0.77 ± 0.11 < 0.45 < 0.33 0.2 ± 0.1

ME energy range 1-2 keV 2-5 keV −4 (10 count cm−2 s−1 )

11.1 ± 0.4

15.7 ± 0.4

4.8 ± 0.4 7.4 ± 0.3

18.4 ± 0.4 16.1 ± 0.5

Òàáëèöà 3.1: Äàííûå íàáëþäåíèé WR140 ñî ñïóòíèêà EXOSAT [39].

 1993 ã. áûëè ïðîâåäåíû íàáëþäåíèÿ WR140 ñî ñïóòíèêà ASCA [29]. Îíè ñîñòîÿëèñü â èþíå, ÷åðåç 3 ìåñÿöà ïîñëå ïðîõîæäåíèÿ ïåðèàñòðà. Áûëî îáíàðóæåíî, ÷òî ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå ñèñòåìû ñèëüíî ïîãëîùàåòñÿ íà ýíåðãèÿõ, íèæå 2 êýÂ. Çàìåòíà ýìèññèÿ ãåëèåïîäîáíîãî èîíà æåëåçà íà ýíåðãèè 6.7 êýÂ. Ýêâèâàëåíòíàÿ êîëîíêîâàÿ ïëîòíîñòü âîäîðîäà NH ñîñòàâëÿåò ïîðÿäêà 3 · 1022 ñì−2 , ÷òî ïðèáëèçèòåëüíî â 10 ðàç áîëüøå ìåæçâ¼çäíîé âåëè÷èíû. Ýòî îáñòîÿòåëüñòâî ïîäòâåðæäàåò

Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå

80

Ðèñ. 3.1: Òèïè÷íûé ñïåêòð WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå [39].

òîò ôàêò, ÷òî ïîãëîùåíèå ïðåèìóùåñòâåííî îêîëîçâ¼çäíîå. Âåðõíèé ïðåäåë ñîäåðæàíèÿ óãëåðîäà â çâåçäå îïðåäåë¼í êàê 30 ñîëíå÷íûõ, îáíàðóæåíî ñóùåñòâåííîå ïðåâûøåíèå ñîäåðæàíèÿ íåîíà ïî ñðàâíåíèþ ñ ïðåäñêàçàííûì òåîðåòè÷åñêèìè ýâîëþöèîííûìè ìîäåëÿìè. Ñîãëàñíî [40] íå èñïðàâëåííûé çà ïîãëîùåíèå ðåíòãåíîâñêèé ïîòîê îò WR 140 ñîñòàâèë 2.4 ± 0.5 × 10−11 ýðã ñì−2 ñ−1 (â äèàïàçîíå 1-10 êýÂ) è

1, 6±0.3×10−11 ýðã ñì−2 ñ−1 (â äèàïàçîíå 2-6 êýÂ). Àâòîðû îòìå÷àþò, ÷òî íàáëþäàåìûé â äèàïàçîíå 26 keV ïîòîê ïðèáëèçèòåëüíî òàêîé æå, êàê è èçìåðåííûé ñïóòíèêîì GINGA â 1987 ãîäó [28] âäàëè îò ïåðèàñòðà. Îíè íå íàøëè íèêàêèõ óáåäèòåëüíûõ äîêàçàòåëüñòâ òîãî, ÷òî ïîòîê æ¼ñòêîãî ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ îò HD 193793 â äèàïàçîíå ýíåðãèé, ïðåâûøàþùèõ 2 êýÂ, ìåíÿåòñÿ ñ ðàññòîÿíèåì ìåæäó êîìïîíåíòàìè.  ñòàòüå Ïîëëîêà [92] ïðåäñòàâëåíû ïðåäâàðèòåëüíûå ðåçóëüòàòû

Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå

81

ðåíòãåíîâñêèõ íàáëþäåíèé ñî ñïóòíèêîâ ROSAT (â äèàïàçîíå 0.2 êýÂ <

E < 2.4 êýÂ) è ASCA âáëèçè ìîìåíòà ïåðèàñòðà, êîòîðûé WR140 ïðîõîäèëà â 1993 ãîäó. Ñ ïîìîùüþ ASCA áûë ïîëó÷åí ðåíòãåíîâñêèé ñïåêòð âûñîêîãî êà÷åñòâà, ñ ïîìîùüþ êîòîðîãî ïîÿâèëàñü âîçìîæíîñòü îïðåäåëèòü õèìè÷åñêèé ñîñòàâ çâ¼çäíîãî âåòðà. Àâòîð ïîëàãàåò, ÷òî íàáëþäåíèÿ ìîæíî îáúÿñíèòü ñ òî÷êè çðåíèÿ ìîäåëè ñòîëêíîâåíèÿ çâ¼çäíûõ âåòðîâ. Ýåíåíñ è Âèëüÿìñ [93] îòìå÷àþò, ÷òî WR140 íå âïèñûâàåòñÿ â îáùóþ äëÿ çâ¼çä Âîëüôà-Ðàéå çàâèñèìîñòü ïî íàëè÷èþ èîíîâ: ñîñòîÿíèå èîíèçàöèè âåùåñòâà â íåé ñóùåñòâåííî âûøå, ÷åì äëÿ äðóãèõ çâ¼çä òàêîãî òèïà. Àâòîðû ïðåäïîëàãàþò, ÷òî ýòî ìîæåò áûòü îáócëîâëåíî ñòîëêíîâåíèåì âåòðîâ â WR+O ñèñòåìàõ. Âèëüÿìñîì è äð. [39] ïðåäñòàâëåíû íàáëþäåíèÿ ñèñòåìû WR140 â ÈÊ, ðåíòãåíîâñêîì (EXOSAT) è ðàäèîäèàïàçîíàõ, ïðîâåä¼ííûå â èíòåðâàëå ìåæäó 1979 è 1989 ãîäàìè. Îáíàðóæåíà çàìåòíàÿ ïåðåìåííîñòü âî âñåõ äèàïàçîíàõ, êðîìå ðåíòãåíîâñêîãî. Àâòîðû, êîìáèíèðóÿ ñâîè äàííûå íàáëþäåíèé â ÈÊ äèàïàçîíå ñ äàííûìè, ïîëó÷åííûìè ðàíåå, îïðåäåëÿþò ïàðàìåòðû îðáèòû ñèñòåìû. Ðåíòãåíîâñêèå íàáëþäåíèÿ ïîçâîëÿþò ïîëó÷èòü íåçàâèñèìûå äàííûå î ñîñòàâå çâ¼çäíîãî âåòðà. Ðàäèîíàáëþäåíèÿ ïîêàçûâàþò íàëè÷èå ïîñòîÿííîãî òîðìîçíîãî è ïåðåìåííîãî íåòåïëîâîãî èçëó÷åíèÿ. Àâòîðû ïîëàãàþò, ÷òî åñëè áû óãëåðîä áûë åäèíñòâåííûì ïîãëîòèòåëåì â âåòðå, òî åãî ñîäåðæàíèå ïî ÷èñëó ÷àñòèö ñîñòàâëÿëî áû 0.065, îäíàêî ðåàëüíî åãî ñîäåðæàíèå ïî ÷èñëó ÷àñòèö ìåíüøå  ïîðÿäêà 0.05. Âàéò è ×åí [72] îòìå÷àþò, ÷òî ñòîëêíîâåíèå âåòðîâ â äâîéíûõ ñèñòåìàõ ñ ìàññèâíûìè êîìïîíåíòàìè ïðèâîäèò ê óñêîðåíèþ ÷àñòèö äî ðåëÿòèâèñòñêèõ ýíåðãèé, êîòîðûå ìîãóò ïîðîäèòü íåòåïëîâîå èçëó÷åíèå îò ðàäèî äî γ .  ðàáîòå îáñóæäàþòñÿ òåîðèÿ è íàáëþäåíèÿ íåòåïëîâîãî ðàäèî-, ðåíòãåíîâñêîãî è γ

èçëó÷åíèé.

Ïðîâåäåíû âû÷èñëåíèÿ ñïåêòðà îò ðàäèî äî γ äèàïàçîíîâ. Ïðèíÿòû âî âíèìàíèå îáðàòíûé êîìïòîíýôôåêò íà ðåëÿòèâèñòñêèõ ýëåêòðîíàõ, îõëàæäåíèå ïóò¼ì îáðàòíîãî êîìïòîí-ýôôåêòà íà òåïëîâûõ ýëåêòðîíàõ,

Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå

82

ñèíõðîòðîííîå èçëó÷åíèå, êîìïòîíîâñêîå èçëó÷åíèå. Ó÷èòûâàëîñü ïîãëîùåíèå â ìÿãêîì ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå (èîíèçàöèÿ èç Ê îáîëî÷åê

òÿæ¼ëûõ

ýëåìåíòîâ)

è

ñâîáîäíîñâîáîäíîå

ïîãëîùåíèå

(â ðàäèîäèàïàçîíå). Àâòîðû ïðèøëè ê âûâîäó, ÷òî ñôåðè÷åñêè ñèììåòðè÷íàÿ ìîäåëü íå ìîæåò îáúÿñíèòü ðàäèîíàáëþäåíèÿ [72]. Ïîïûòêè ïðîèíòåðïðåòèðîâàòü ðåíòãåíîâñêèé ñïåêòð èçëó÷åíèÿ ñèñòåìû

WR140

ïðåäïðèíèìàëèñü

è

äðóãèìè

àâòîðàìè.

Óñîâ

íåîäíîêðàòíî [41, 42] ïûòàëñÿ îáúÿñíèòü ðåíòãåíîâñêèé ñïåêòð ïðè ïîìîùè ìîäåëè ñòîëêíîâåíèÿ ðàçðåæåííûõ êîìïîíåíòîâ âåòðîâ. Îí ïîëó÷èë, ÷òî òåîðåòè÷åñêèé ñïåêòð ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ ñèñòåìû çàâèñèò îò ðàññòîÿíèÿ D ìåæäó êîìïîíåíòàìè êàê 1/D, ÷òî ïðîòèâîðå÷èò íàáëþäåíèÿì, êîòîðûå áûëè îïèñàíû âûøå. Còåâåíñ

è

äð.

[43,

44]

ïðîâåëè

äëÿ

WR140

äâóìåðíûå

ãàçîäèíàìè÷åñêèå ðàñ÷¼òû è îöåíèëè ðîëü ðàäèàòèâíîãî îõëàæäåíèÿ. Ñäåëàííûé

â

ðåíòãåíîâñêàÿ ðàññòîÿíèþ

îáåèõ

ðàáîòàõ

ñâåòèìîñòü ìåæäó

âûâîä

ñèñòåìû

êîìïîíåíòàìè

àíàëîãè÷åí îáðàòíî

ñèñòåìû,

âûâîäó

Óñîâà:

ïðîïîðöèîíàëüíà ÷òî

íàõîäèòñÿ

â

ïðîòèâîðå÷èè ñ íàáëþäåíèÿìè. Çàíèìàÿñü òð¼õìåðíûìè ðàñ÷¼òàìè ñòîëêíîâåíèÿ âåòðîâ â äâîéíûõ ñèñòåìàõ, ñîäåðæàùèõ WRêîìïîíåíòîâ (â ÷àñòíîñòè, äëÿ HD 193793), Âàëäåð [54] ïðèø¼ë ê âûâîäó, ÷òî 3-ìåðíûå ýôôåêòû ñòàíîâÿòñÿ âñå ìåíåå çíà÷èìûìè ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ îðáèòàëüíîãî ïåðèîäà ñèñòåìû. Ïðè ýòîì â WR-äâîéíûõ ñèñòåìàõ îðáèòàëüíîå äâèæåíèå â îñíîâíîì ñêàçûâàåòñÿ íà î÷åðòàíèè çîíû ñòîëêíîâåíèÿ, à íå íà ðåíòãåíîâñêîì èçëó÷åíèè ñèñòåìû. Äëÿ òîãî, ÷òîáû äîáèòüñÿ ñîãëàñèÿ òåîðåòè÷åñêèõ ðàñ÷¼òîâ ñ íàáëþäàåìûì ñïåêòðîì HD 193793, Æåêîâó è Ñêèííåðó [94, 95] ïðèøëîñü âíåñòè èçìåíåíèÿ â íàáëþäàåìûå ïàðàìåòðû ñèñòåìû: e, a, M˙ O,W R , vO,W R , à òàêæå èçìåíèòü âðåìÿ ïðîõîæäåíèÿ ïåðèàñòðà.

Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå

3.2 Ìîäåëü ñòîëêíîâåíèÿ êîìïîíåíòîâ Ðåíòãåíîâñêîå

èçëó÷åíèå,

îáóñëîâëåííîå

83

ðàçðåæåííûõ âçàèìîäåéñòâèåì

ðàçðåæåííûõ ôàç çâ¼çäíûõ âåòðîâ, áûëî ðàññ÷èòàíî âî ìíîãèõ ðàáîòàõ, íàïðèìåð, [41, 42, 43, 94]. Íàøåé öåëüþ ÿâëÿåòñÿ ó÷¼ò îñîáåííîñòåé øèðîêîé ñèñòåìû HD193793. Êàê âèäíî èç òàáëèöû, ïàðàìåòðû ñèñòåìû [39] ïåðèîä P =2893 ñóòîê, ýêñöåíòðèñèòåò ε = 0.84, áîëüøàÿ ïîëóîñü a = 14.7AU, ðåíòãåíîâñêàÿ ñâåòèìîñòü [92] (116.00 ± 1.05) · 1032 ýðã/ñ ïàðàìåòðû çâ¼çäíûõ êîìïîíåíòîâ ñèñòåìû [39] ñïåêòð ñâåòèìîñòü lg (L/L¯ ) ìàññà M (M¯ ) ñêîðîñòü âåòðà V∞ (êì/c) ïîòåðÿ ìàññû M˙ (M¯ /ãîä)

O45 V 5.65 38 3200 1.8 · 10−6

WC 7 5.2 13 2860 5.7 · 10−5 .

Òàáëèöà 3.2: Äàííûå, èñïîëüçîâàííûå â âû÷èñëåíèÿõ.

ðàññòîÿíèå ìåæäó êîìïîíåíòàìè âåñüìà âåëèêî. Ñ óâåëè÷åíèåì ðàññòîÿíèÿ ìåæäó êîìïîíåíòàìè óìåíüøàåòñÿ ïëîòíîñòü ãàçà âåòðà. Êàê ñëåäñòâèå, ðàñòóò õàðàêòåðíûå âðåìåíà ïðîöåññîâ âûñâå÷èâàíèÿ è îáìåíà ýíåðãèåé ìåæäó èîíàìè è ýëåêòðîíàìè, à òàêæå ðàñò¼ò ðîëü ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè. Âëèÿíèå ïîñëåäíåãî ïðîöåññà ïîäðîáíî èññëåäîâàíî íàìè â ãëàâå 2; â ðàññìàòðèâàåìîì äèàïàçîíå ñêîðîñòåé òåïëîïðîâîäíîñòüþ ìîæíî ïðåíåáðå÷ü.

3.2.1 Õàðàêòåðíûå âðåìåíà çàäà÷è è ñèëà Êîðèîëèñà Ñðàâíåíèå õàðàêòåðíûõ âðåì¼í çàäà÷è äëÿ îäíîòåìïåðàòóðíîãî ñëó÷àÿ

Âî âðåìÿ âûñâå÷èâàíèÿ ýíåðãèþ òåðÿþò ýëåêòðîíû, íî åñëè òåìïåðàòóðû âûðàâíåíû, òî èîíû áûñòðî îòäàþò ýëåêòðîíàì ñâîþ ýíåðãèþ, òî åñòü âåñü ãàç òåðÿåò ñâîþ ýíåðãèþ.

Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå

84

Îöåíêà âðåìåíè âûñâå÷èâàíèÿ.

dE ýðã = ϕne ni ; [E] = ; dt ñì3 · c E  âíóòðåííÿÿ ýíåðãèÿ ãàçà íà åäèíèöó îáú¼ìà; E = Ei + Ee ; 3 3 Ei = kTi ni , Ee = kTe ne ⇒ 2 2 3 Ei = k (Ti ni + Te ne ) . 2  îäíîòåìïåðàòóðíîì ñëó÷àå Ti = Te ≡ T ⇒ 3 ne E = kT ni (1 + ze ) , ãäå ze ≡ . 2 ni Òîãäà äëÿ îöåíêè âðåìåíè âûñâå÷èâàíèÿ ìîæíî çàïèñàòü 3 T ni (1 + ze ) = ϕni ne . k 2 tc Ïîëó÷èëè îêîí÷àòåëüíóþ îöåíêó äëÿ âðåìåíè âûñâå÷èâàíèÿ

tc =

3 kT (1 + ze ) . 2 ϕne

Îöåíêà äèíàìè÷åñêîãî âðåìåíè. Îíî îïðåäåëÿåòñÿ âðåìåíåì îòòîêà

ýëåìåíòà ãàçà îò ëîáîâîé òî÷êè:

tD =

l . vc

vc  ñêîðîñòü ãàçà âäîëü ëèíèè òîêà. Çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû, ïîñëå ðàçâîðîòà, îíà ðàâíà

γ−1 1 u= u− γ+1 4 ïðèáëèçèòåëüíî ÷åòâåðòè ñêîðîñòè íàòåêàíèÿ; l  ìàñøòàá âäîëü ëèíèè òîêà. Ïî ïîðÿäêó âåëè÷èíû ðàññòîÿíèå, íà êîòîðîå îòòåêàåò ãàç âäîëü ëèíèè òîêà, ðàâíî rOB  ðàññòîÿíèþ îò ëîáîâîé òî÷êè äî áëèæàéøåé vc =

çâåçäû (OB).

Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå

85

e

rOB

OB

Ðèñ. 3.2: Îïðåäåëåíèå äèíàìè÷åñêîãî âðåìåíè.

Ñðàâíåíèå õàðàêòåðíûõ âðåì¼í çàäà÷è (äèíàìè÷åñêîãî è âûñâå÷èâàíèÿ) â îäíîòåìïåðàòóðíîì ñëó÷àå

Îöåíèì äèíàìè÷åñêèå âðåìåíà è âðåìåíà âûñâå÷èâàíèÿ äëÿ ãàçà îò WR è OB çâ¼çä çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû.

tOB D =

rOB 1 4 uOB

,

tWR D =

rOB ; 1 u WR 4

Ò.ê. rOB = 5, 5 · 1012 ñì, uOB = 3, 2 · 108 ñì/ñ è uWR = 2, 86 · 108 ñì/ñ, òî 4 tOB D = 6, 9 · 10 ñåêóíä ,

4 tWR D = 7, 7 · 10 ñåêóíä .

Äëÿ îöåíêè âðåì¼í âûñâå÷èâàíèÿ íåîáõîäèìî çíàòü T , ze , ϕ , ne . Äëÿ âåòðà îò OB-çâåçäû:

zeOB = (1 − Y ) + 2Y = 1 + Y OB , ãäå Y OB  îòíîñèòåëüíîå ñîäåðæàíèå ãåëèÿ ïî ÷èñëó ÷àñòèö â âåòðå îò OBçâåçäû. Äëÿ âåòðà îò çâåçäû WR íóæíî ó÷èòûâàòü óãëåðîä, ïðè÷¼ì ìîæíî ïîëîæèòü YHWR = YCWR . Òîãäà WR zeW R = 3, 5 − 1, 5 YHe . WR  íàøåì ñëó÷àå Y OB = 0.1, ñëåäîâàòåëüíî, zeOB = 1.1, YHe = 0.9 è

zeWR = 2.15. Ïëîòíîñòü ÷èñëà ÷àñòèö: nWR =

ρWR ρOB M˙ WR M˙ OB , nOB = , ρWR = , ρ = . OB 2 u 2 u màåìµWR màåìµOB 4πrWR 4πrOB WR OB

Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå

86

s

r

η r uWR M˙ WR , rOB = , η= . (η + 1) (η + 1) uOB M˙ OB = 2, 95 · 1013 ñì , M˙ WR = 3, 61 · 1021 ã/ñ , µWR = 4, 2 ,

rWR = r rWR

rOB = 5, 5 · 1012 ñì ; M˙ OB = 1, 14 · 1020 ã/ñ , µOB = 1, 3 . Ñ ó÷¼òîì òîãî, ÷òî màåì = 1, 66 · 10−24 ã, ïîëó÷àåì ã ã ρWR = 1, 15 · 10−15 3 , ρOB = 9, 4 · 10−16 3 , ñì ñì nOB = 4, 4 · 108 ñì−3 , nWR = 1, 6 · 108 ñì−3 . Îõëàæäåíèå ïóò¼ì òîðìîçíîãî èçëó÷åíèÿ: √ ϕ = 1, 43 · 10−27 < g > σ T , < g >= 1, 2 .

σOB = µOB = 1, 3 ; σWR = 5, 45 . Òåìïåðàòóðó äëÿ îöåíêè íàõîäèì èç àäèàáàòû Ãþãîíèî: 3 3 OB WR kTsh = màåìµOB u2OB , kTsh = màåìµWR u2WR . 16 16 Ïîëó÷àåì õàðàêòåðíûå âðåìåíà îõëàæäåíèÿ

tOB = 1, 7 · 106 ñåê , tWR = 1, 4 · 106 ñåê c c è îòíîøåíèå ñîîòâåòñòâóþùèõ õàðàêòåðíûõ âðåì¼í äëÿ êàæäîé èç çâ¼çä:

tOB c = 25 , tOB D

tWR c = 18 . tWR D

Òî åñòü äëÿ îáåèõ çâ¼çä çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû õàðàêòåðíîå âðåìÿ âûñâå÷èâàíèÿ íà ïîðÿäîê áîëüøå äèíàìè÷åñêîãî âðåìåíè. Ïîýòîìó â îäíîòåìïåðàòóðíîì ñëó÷àå âûñâå÷èâàíèåì ìîæíî ïðåíåáðå÷ü â âåòðàõ îò îáåèõ çâ¼çä OB è WR. Îöåíêà õàðàêòåðíûõ âðåì¼í îáìåíà è âûñâå÷èâàíèÿ â äâóõòåìïåðàòóðíîì ñëó÷àå

Â

äâóõòåìïåðàòóðíîì

ñëó÷àå

ýëåêòðîíû

òåðÿþò

âûñâå÷èâàíèå, íî íå óñïåâàþò ïîëó÷èòü å¼ îò èîíîâ.

dEe ≈ dt

3 −ϕne ni + qne ni , Ee = kTe ne . | {z } | {z } 2 âûñâå÷èâàíèå îáìåí

ýíåðãèþ

íà

Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå

87

Âîçìîæíûå âàðèàíòû ñîîòíîøåíèÿ ñëàãàåìûõ: 1) ñêîðîñòü âûñâå÷èâàíèÿ ìíîãî ìåíüøå ñêîðîñòè îáìåíà.  ýòîì ñëó÷àå ïðåíåáðåãàåì ïåðâûì ñëàãàåìûì è ïîëó÷àåì îöåíêó âðåìåíè îáìåíàtexc . 2) ñêîðîñòü îáìåíà ìíîãî ìåíüøå ñêîðîñòè âûñâå÷èâàíèÿ.  ýòîì ñëó÷àå ïðåíåáðåãàåì âòîðûì ñëàãàåìûì è ïîëó÷àåì îöåíêó âðåìåíè âûñâå÷èâàíèÿ tc . 3) texc è tc ñðàâíèìû ìåæäó ñîáîé ïî ïîðÿäêó âåëè÷èíû. Òîãäà íåëüçÿ ïðåíåáðåãàòü íè îäíèì èç äâóõ ïðîöåññîâ ïðè ðåøåíèè çàäà÷è.

tc :

3 kTe ne 3 Te = ϕne ni , ⇒ tc = k . 2 tc 2 ϕni

3 kTe ne 3 Te = qne ni , ⇒ texc = k . 2 texc 2 qni Òàêèì îáðàçîì, îòíîøåíèå âðåì¼í texc /tc ðàâíî îòíîøåíèþ ñêîðîñòåé ïðîöåññîâ ϕ/q . Êàê è ðàíåå < g >= 1, 2, σOB = µOB = 1, 3 , σWR = 5, 45 , µWR = 4, 2. texc :

Äëÿ òîãî, ÷òîáû âû÷èñëèòü Te , èñõîäèì èç ïðåäïîëîæåíèÿ, ÷òî îáìåí ýíåðãèåé ìåæäó èîíàìè è ýëåêòðîíàìè èä¼ò íå ñëèøêîì ìåäëåííî. Òîãäà ìîæíî äëÿ îöåíîê ïîëîæèòü Te ≈ Ti è âîñïîëüçîâàòüñÿ àäèàáàòîé Ãþãîíèî:

3 màåìµu2 Te ≈ . 16(1 + ze ) k Ðåàëüíî ýëåêòðîííàÿ òåìïåðàòóðà çà ôðîíòîì áûñòðî ìåíÿåòñÿ îò çíà÷åíèÿ Te ¿ Ti äî Te ≈ Ti . Òîãäà õàðàêòåðíûå âðåìåíà âûñâå÷èâàíèÿ äëÿ êàæäîé èç çâ¼çä ðàâíû ñîîòâåòñòâåííî: tOB = 6, 4 · 105 ñåê , c

tWR = 5, 5 · 105 ñåê . c

Õàðàêòåðíîå âðåìÿ, çà êîòîðîå ñóùåñòâåííî ìåíÿåòñÿ ýëåêòðîííàÿ òåìïåðàòóðà [79]:

5, 87AA1 τ= n1 Z 2 Z12 ln Λ

µ

T1 T + A A1

¶3/2 ñåê.

Çäåñü èíäåêñîì 1 îòìå÷åíû õàðàêòåðèñòèêè èîíîâ, áåç èíäåêñà  õàðàêòåðèñòèêè ýëåêòðîíîâ; A =

1 1836 ,

Z = 1, è äëÿ îöåíîê äîñòàòî÷íî

Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå

88

âçÿòü âåëè÷èíó êóëîíîâñêîãî ëîãàðèôìà ðàâíîé ln Λ = 30. Îòìåòèì, ÷òî êàê äëÿ çâåçäû OB, îñíîâíûì ýëåìåíòîì â âåòðå îò êîòîðîé ÿâëÿåòñÿ âîäîðîä, òàê è äëÿ çâåçäû WR, îñíîâíûì ýëåìåíòîì â âåòðå îò êîòîðîé ÿâëÿåòñÿ ãåëèé, îòíîøåíèå

A1 Z12

= 1.  ñèëó òîãî, ÷òî äëÿ îáåèõ çâ¼çä A1 À

ñëàãàåìûì

τ OB

T1 A1

1 A1 ,

à T ≈ T1 , ìû ïðåíåáðåãàåì

T ïî ñðàâíåíèþ ñ A . Ñ ó÷¼òîì âñåãî âûøåñêàçàííîãî: ¡ OB ¢3/2 ¡ WR ¢3/2 Te T 5, 87 5, 87 · · e =√ , τ WR = √ ; nOB nWR A ln Λ A ln Λ

τ OB = 7, 9 · 103 ñåê , τ WR = 5, 2 · 104 ñåê . Ñðàâíèâàåì âðåìåíà îáìåíà è âûñâå÷èâàíèÿ äëÿ êàæäîé èç çâ¼çä:

tOB 6, 4 · 105 c = = 81 , τ OB 7, 9 · 103

tWR 5, 5 · 105 c = = 11 . τ WR 5, 2 · 104

Ïîëó÷èëè, ÷òî âðåìåíà âûñâå÷èâàíèÿ ñðàâíèìû ìåæäó ñîáîé äëÿ îáåèõ çâ¼çä, à âðåìÿ îáìåíà ýíåðãèåé äëÿ çâåçäû WR ïî÷òè íà ïîðÿäîê áîëüøå. Ñðàâíèâàåì âðåìåíà îáìåíà è âûñâå÷èâàíèÿ ñ äèíàìè÷åñêèìè âðåìåíàìè äëÿ êàæäîé èç çâ¼çä:

tOB tOB c = 9, 3 , DOB = 8, 7 ; OB τ tD

tWR tWR c = 7, 1 , DWR = 1, 5 . WR τ tD

Èç ýòèõ ñîîòíîøåíèé ìîæíî ñäåëàòü ñëåäóþùèé âûâîä. Äëÿ OB çâåçäû âðåìÿ âûñâå÷èâàíèÿ íà äâà ïîðÿäêà áîëüøå âðåìåíè îáìåíà, äèíàìè÷åñêîå âðåìÿ  íà ïîðÿäîê áîëüøå âðåìåíè îáìåíà è íà ïîðÿäîê ìåíüøå âðåìåíè âûñâå÷èâàíèÿ, òî åñòü ìîæíî íå ó÷èòûâàòü äâóõòåìïåðàòóðíîñòü è íå íóæíî ó÷èòûâàòü âûñâå÷èâàíèå.  âåòðå îò çâåçäû WR âðåìÿ âûñâå÷èâàíèÿ íà ïîðÿäîê áîëüøå âðåìåíè îáìåíà è íà ïîðÿäîê áîëüøå äèíàìè÷åñêîãî âðåìåíè, òî åñòü âûñâå÷èâàíèåì ìîæíî ïðåíåáðå÷ü. Âðåìÿ îáìåíà è äèíàìè÷åñêîå âðåìÿ îäíîãî ïîðÿäêà, òî åñòü â âåòðå îò çâåçäû WR äâóõòåìïåðàòóðíîñòüþ ïðåíåáðåãàòü íåëüçÿ. Ñèëà Êîðèîëèñà

Îöåíèì ñêîðîñòè îðáèòàëüíîãî îáðàùåíèÿ çâ¼çä â àïîàñòðå è ïåðèàñòðå. Çàêîí ñîõðàíåíèÿ ìîìåíòà èìïóëüñà óäîáíî çàïèñàòü ÷åðåç

Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå

89

ñåêòîðèàëüíóþ ñêîðîñòü:

1 M = 2mf˙ = const, ãäå f˙ = r · r · dϕ . 2 Ïåðèîä îáðàùåíèÿ ïî ýëëèïòè÷åñêîé îðáèòå îïðåäåëÿåòñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì:

Z

Z

T

T

M dt = 2m 0

0

f˙ dt , ò.å. M T = 2mf ,

ãäå f  ïëîùàäü îðáèòû. Äëÿ ýëëèïñà èìååì f = πab, ò.å. M T = 2πmab. Áîëüøàÿ è ìàëàÿ ïîëóîñè ýëëèïñà

a=

p p √ , b = , 1 − e2 1 − e2

ãäå p  ïàðàìåòð îðáèòû, à e  ýêñöåíòðèñèòåò. Íàèìåíüøåå è íàèáîëüøåå ðàññòîÿíèÿ äî öåíòðà ïîëÿ (ôîêóñà ýëëèïñà) ðàâíû

rmin =

p p = a(1 − e) ; rmax = = a(1 + e). 1+e 1−e

Âûïèøåì îòíîøåíèå

M ab = 2π . m T

Ñ äðóãîé ñòîðîíû,

M = r2 ϕ. ˙ m  ïåðèàñòðå è àïîàñòðå îòëè÷íà îò íóëÿ òîëüêî òàíãåíöèàëüíàÿ M = mr2 ϕ˙ , ò.å.

êîìïîíåíòà ñêîðîñòè, ïîýòîìó ìîæíî çàïèñàòü

rn vn = 2π

ab ab , ra va = 2π , ãäå T T

rn ≡ rmin , ra ≡ rmax . Âûïèøåì îòíîøåíèå îðáèòàëüíûõ ñêîðîñòåé â ïåðèàñòðå è àïîàñòðå:

va 1−e rn = = = 8.7 · 10−2 . ra vn 1+e Çäåñü ìû áðàëè ýêñöåíòðèñèòåò îðáèòû 0.84. Îöåíèì ñêîðîñòè îáðàùåíèÿ â ïåðèàñòðå vn =

2πab T rn

èìååì:

vn = 190

è àïîàñòðå va =

êì , ñ

va = 16, 5

2πab T ra .

êì . ñ

 ñëó÷àå WR140

Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå

90

Ñðàâíèâàÿ ñêîðîñòè îáðàùåíèÿ è èñòå÷åíèÿ âåùåñòâà â ïåðèàñòðå, ïîëó÷àåì

190 3000

≈ 0, 06, òî åñòü ñèëà Êîðèîëèñà èñêðèâëÿåò ëèíèè òîêà,

è çàäà÷à ïåðåñòà¼ò áûòü äâóìåðíîé è ñòàöèîíàðíîé, åñëè íàì íóæíà òî÷íîñòü ëó÷øå 10%.  íàøåì ñëó÷àå (òî÷íîñòü 20%) ñèëó Êîðèîëèñà ìîæíî íå ó÷èòûâàòü. Òàêèì îáðàçîì, ïðè ñîñòàâëåíèè óðàâíåíèé ìîæíî îïóñòèòü ñëàãàåìûå, îïèñûâàþùèå âûñâå÷èâàíèå, íåò íåîáõîäèìîñòè ó÷èòûâàòü ñèëó Êîðèîëèñà, íî íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü äâóõòåìïåðàòóðíîñòü, òî åñòü ðàçëè÷èå èîííîé è ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóð ïëàçìû ïîçàäè ôðîíòà óäàðíîé âîëíû.

3.3 Ðåíòãåíîâñêàÿ êðèâàÿ áëåñêà ïðè ñòîëêíîâåíèè ðàçðåæåííûõ êîìïîíåíòîâ Íàøè ðàñ÷¼òû ðåíòãåíîâñêîé êðèâîé áëåñêà äâîéíîé ñèñòåìû WR140 áûëè âûïîëíåíû ïî ìåòîäó ×¼ðíîãî [96], ñïðàâåäëèâîãî äëÿ ñòàöèîíàðíûõ äâóìåðíûõ çàäà÷. Ìû îïèðàëèñü íà ðàáîòó Óñîâà [41], íî, â îòëè÷èå îò íåãî, ó÷ëè îáìåí ýíåðãèåé ìåæäó èîíàìè è ýëåêòðîíàìè, äâóõòåìïåðàòóðíîñòü (ñîãëàñíî íàøèì îöåíêàì õàðàêòåðíûõ âðåì¼í, ýòî íåîáõîäèìî äëÿ äàííîé ñèñòåìû (ñì. ðàçäåë 3.2 íàñòîÿùåé ãëàâû)), à òàêæå ïîïðàâêó Áóçåìàíà. Ðàñ÷¼òû áûëè ïðîâåäåíû â ïðåäïîëîæåíèè àäèàáàòè÷íîñòè ðàçðåæåííîãî ãàçà (ñì. ðàçäåë 3.2). Ôèçè÷åñêèå

àñïåêòû

âçàèìîäåéñòâèÿ

îêàçûâàþò

ñóùåñòâåííîå

âëèÿíèå íà âèä êðèâîé áëåñêà, è íàèáîëåå âàæíóþ ðîëü èãðàåò íåîäíîòåìïåðàòóðíîñòü ãàçà. Íàøè ðàñ÷¼òû ïîêàçàëè, ÷òî â âåòðå îò çâåçäû WR âàæíóþ ðîëü èãðàåò îáìåí ýíåðãèåé ìåæäó èîíàìè è ýëåêòðîíàìè, êîòîðûé äîïîëíèòåëüíî óìåíüøàåò òîðìîçíîå èçëó÷åíèå â àïîàñòðå, ãäå òåìïåðàòóðà ýëåêòðîíîâ íèæå èç-çà ìåíüøåé ñêîðîñòè îáìåíà.  âåòðå îò OB-çâåçäû âêëàä îáìåíà ýíåðãèåé ìåæäó èîíàìè è ýëåêòðîíàìè íåñóùåñòâåíåí. Êîíå÷íàÿ ñêîðîñòü îáìåíà ýíåðãèåé èîíîâ ñ ýëåêòðîíàìè ïðèâîäèò òàêæå ê õîðîøî âèäíîìó íà ðèñ. 3.3 ñäâèãó ôàçû òåîðåòè÷åñêîé êðèâîé áëåñêà ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ. Ïðè

Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå

91

áîëüøèõ ñêîðîñòÿõ âîçìîæåí âêëàä åù¼ îäíîãî ôèçè÷åñêîãî ïðîöåññà  ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè. Äåòàëüíûå ðàñ÷¼òû, ïðèâåä¼ííûå â ãëàâå 2, ïîêàçàëè, ÷òî ïðèìåðíîå ïîñòîÿíñòâî ðåíòãåíîâñêîé ñâåòèìîñòè íåñîâìåñòèìî ñ áîëüøîé âûòÿíóòîñòüþ îðáèòû (e = 0, 84), åñëè ãàç çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû íå âûñâå÷èâàåòñÿ, êàê ýòî ïðîèñõîäèò ïðè ñòîëêíîâåíèè ðàçðåæåííûõ êîìïîíåíòîâ âåòðîâ. Ðåçóëüòàòîì íàøèõ âû÷èñëåíèé ÿâèëàñü òåîðåòè÷åñêàÿ ðåíòãåíîâñêàÿ êðèâàÿ áëåñêà äâîéíîé ñèñòåìû WR140, êîòîðàÿ ïðèâåäåíà íà ðèñ. 3.3. Îíà áûëà ðàññ÷èòàíà äëÿ äèàïàçîíà 26 êýÂ, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò æ¼ñòêîé ÷àñòè ñïåêòðà â íàáëþäåíèÿõ ñî ñïóòíèêîâ GINGA, ASCA è EXOSAT [28, 29, 39]. Ïî âåðòèêàëüíîé îñè îòëîæåí ëîãàðèôì ðåíòãåíîâñêîé ñâåòèìîñòè LX ñèñòåìû, ïî ãîðèçîíòàëüíîé  âðåìÿ â ãîäàõ, ïðîøåäøåå ñ ìîìåíòà ïåðèàñòðà. Õîðîøî âèäíà ñèëüíàÿ çàâèñèìîñòü òåîðåòè÷åñêîé ñâåòèìîñòè îò ôàçû, â ïåðâîì ïðèáëèæåíèè ñîîòâåòñòâóþùàÿ çàêîíó LX ∝ 1/r. Îíà âïîëíå îáúÿñíèìà ñ ôèçè÷åñêîé òî÷êè çðåíèÿ, ïðè÷¼ì áîëüøóþ ðîëü èãðàåò ãåîìåòðè÷åñêèé ôàêòîð  âûòÿíóòîñòü îðáèòû (ýêñöåíòðèñèòåò ñèñòåìû ðàâåí 0,84), à òàêæå ôèçè÷åñêèå ôàêòîðû, î êîòîðûõ óïîìèíàëîñü ðàíåå. Äåéñòâèòåëüíî, ïðè îòñóòñòâèè âûñâå÷èâàíèÿ ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå îïðåäåëÿåòñÿ îáú¼ìíîé ìåðîé ýìèññèè ME =n2 V , ãäå V  îáú¼ì èçëó÷àþùåãî ãàçà. Ñ óâåëè÷åíèåì ðàññòîÿíèÿ r ìåæäó êîìïîíåíòàìè ïëîòíîñòü âåòðà ïàäàåò ïðîïîðöèîíàëüíî r−2 , à V ∝ r3 , ïîýòîìó ME ∝ 1/r. Ðàññòîÿíèå ìåæäó êîìïîíåíòàìè â ïåðèàñòðå è àïîàñòðå ðàçëè÷àåòñÿ â

1+ε 1−ε

≈ 10 ðàç,

÷òî âî ìíîãîì îïðåäåëÿåò òåîðåòè÷åñêóþ çàâèñèìîñòü ðåíòãåíîâñêîé ñâåòèìîñòè îò ôàçû îðáèòàëüíîãî ïåðèîäà. Ñðàâíèì ïîëó÷åííûå íàìè ðåçóëüòàòû ñ óïîìÿíóòûìè âûøå íàáëþäåíèÿìè ñî ñïóòíèêîâ EXOSAT, GINGA è ASCA. Àâòîðû [29] ñîîáùàþò î êðàéíå ñëàáîé çàâèñèìîñòè ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ ñèñòåìû îò ôàçû îðáèòàëüíîãî ïåðèîäà. À èìåííî, â äèàïàçîíå 26 êý íàáëþäàåòñÿ õîðîøåå ñîãëàñèå ïîòîêîâ, èçìåðåííûõ ñïóòíèêîì GINGA â 1987.59 (2.3 ãîäà ïîñëå ïåðèàñòðà) è ñïóòíèêîì ASCA â 1993.44 (3 ìåñÿöà ïîñëå ïåðèàñòðà). Òåîðåòè÷åñêàÿ ñâåòèìîñòü, íàîáîðîò, ñèëüíî ìåíÿåòñÿ ñî âðåìåíåì. Êàê âèäíî èç

Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå

92

logLx 33.5

33.0

32.5 0

2

4 t, ãîäû

Ðèñ. 3.3: Òåîðåòè÷åñêàÿ êðèâàÿ áëåñêà HD193793 â äèàïàçîíå 26 êýÂ.

ðèñ.3.3, ÷åðåç äâà ãîäà ïîñëå ïåðèàñòðà îíà äîëæíà óìåíüøèòñÿ ïðèìåðíî â òðè ðàçà. Ýòî ðàñõîæäåíèå ñ òåîðèåé ïîäòâåðæäàþò òðè íàáëþäåíèÿ HD193793 â 198485 ãã., âûïîëíåííûå ñî ñïóòíèêà EXOSAT: âàðèàöèè ñâåòèìîñòè â äèàïàçîíå 25 êý íå ïðåâûøàëè 20% [39]. Àâòîðû [29] ðåçþìèðóþò, ÷òî íåò óáåäèòåëüíîãî ñâèäåòåëüñòâà â ïîëüçó òîãî, ÷òî íàáëþäàåìûé ïîòîê â äèàïàçîíå ýíåðãèé êâàíòîâ âûøå 2 êý çàìåòíî ìåíÿåòñÿ ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ èëè óìåíüøåíèÿ ðàññòîÿíèÿ ìåæäó çâ¼çäàìè ýòîé äâîéíîé ñèñòåìû. Èòàê, ìîäåëü, â êîòîðîé ðàññìàòðèâàåòñÿ ñòîëêíîâåíèå îäíèõ òîëüêî ðàçðåæåííûõ êîìïîíåíòîâ çâ¼çäíîãî âåòðà, íå ìîæåò îáúÿñíèòü ôàêòà ñëàáîé ïåðåìåííîñòè ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ HD193793, î êîòîðîì ïèøóò àâòîðû [28, 29]. Ïî íàøåìó ìíåíèþ, ýòî ãîâîðèò î áîëüøîé ðîëè îáëà÷íîãî êîìïîíåíòà âåòðà â ðàññìàòðèâàåìîé ñèñòåìå. Ìû ñ÷èòàåì, ÷òî äëÿ òîãî, ÷òîáû îáúÿñíèòü íàáëþäàåìóþ êðèâóþ áëåñêà äâîéíîé ñèñòåìû HD193793, íàäî ðàññìîòðåòü ìîäåëü ñòîëêíîâåíèÿ äâóõôàçíûõ âåòðîâ, ñîñòîÿùèõ èç ðàçðåæåííûõ êîìïîíåíòîâ è îáëàêîâ. Ïåðåéä¼ì ê ìîäåëè ñòîëêíîâåíèÿ îáëàêîâ.

Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå

93

3.4 Ñòîëêíîâåíèÿ îáëàêîâ  îòëè÷èå îò ðàçðåæåííîãî êîìïîíåíòà, îáëàêà íå ñîçäàþò êàêîé òî îïðåäåë¼ííîé ãðàíèöû ðàçäåëà. Ïîýòîìó íóæíî îöåíèòü âêëàä êàæäîãî îáëàêà â âûñâå÷èâàíèå è ïðîñóììèðîâàòü ýòè âêëàäû. Êàæäîå äîñòàòî÷íî ïëîòíîå îáëàêî ïðàêòè÷åñêè ñâîáîäíî ïðîëåòàåò ñêâîçü îêîëîçâ¼çäíûé ãàç äâîéíîé ñèñòåìû, èñïûòûâàÿ ëèøü ïîñòåïåííîå òîðìîæåíèå â ðàçðåæåííîì ãàçå âåòðà ïðîòèâîïîëîæíîé çâåçäû. Ïîýòîìó îáëàêà ìîãóò âçàèìîäåéñòâîâàòü ïðàêòè÷åñêè ïî âñåìó îáú¼ìó ñèñòåìû. Âî âðåìÿ ðåäêèõ ñòîëêíîâåíèé îáëàêîâ âíóòðü êàæäîãî èç íèõ áåæèò óäàðíàÿ âîëíà. Ñêîðîñòü âîëíû u îòíîñèòåëüíî íåâîçìóù¼ííîãî ãàçà äëÿ îáëàêîâ 1 è 2 ñîîòâåòñòâåííî çàâèñèò îò ïëîòíîñòè îáëàêàρ. Äëÿ ñèëüíîé óäàðíîé âîëíû ñ âûñâå÷èâàíèåì íà ôðîíòå ñïðàâåäëèâ çàêîí ñîõðàíåíèÿ ïîòîêà èìïóëüñà:

ρ1 u21 ≈ ρ2 u22 . èç êîòîðîãî ñëåäóåò èçâåñòíîå ñîîòíîøåíèå: r u1 ρ2 ≈ . u2 ρ1

(3.1)

(3.2)

Åñëè ïëîòíîñòè îáëàêîâ îäèíàêîâû, òî âåëè÷èíàu ïðèáëèçèòåëüíî ðàâíà ñêîðîñòè îáëàêà îòíîñèòåëüíî öåíòðà ìàññ, òî åñòü â ñèñòåìå öåíòðà ìàññ îáëàêîâ ôðîíò íåïîäâèæåí, à íåâîçìóù¼ííûé ãàç êàê áû íàòåêàåò íà íåãî è êàæäîå èç îáëàêîâ ñæèìàåòñÿ â áëèí.  ñëó÷àå áîëüøîãî ðàçëè÷èÿ â ïëîòíîñòÿõ îáëàêîâ ïîëó÷àåòñÿ èíàÿ êàðòèíà. Ïî ìåíåå ïëîòíîìó îáëàêó áåæèò ìîùíàÿ âîëíà, ñêîðîñòü êîòîðîé áëèçêà ê àëãåáðàè÷åñêîé ñóììå ñêîðîñòåé îáëàêîâ u1 +u2 , â òî âðåìÿ êàê â áîëåå ïëîòíîì ñêîðîñòü çíà÷èòåëüíî íèæå.

3.4.1 Êðèòåðèé âûñâå÷èâàíèÿ Âûÿñíèì, ïðè êàêèõ óñëîâèÿõ ãàç âûñâå÷èâàåòñÿ. Íàñ èíòåðåñóåò, ÷òî ïðîèçîéä¼ò ðàíüøå: ãàç âûñâåòèòñÿ èëè óäàðíàÿ âîëíà ïðîéä¼ò ïî

Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå

94

îáëàêó. Äëÿ ýòîãî ñîïîñòàâèì äèíàìè÷åñêèé ìàñøòàá

tD =

d , ãäå u

(3.3)

u  ñêîðîñòü óäàðíîé âîëíû, òî åñòü ñêîðîñòü îáëàêà îòíîñèòåëüíî öåíòðà ìàññ, ñ âðåìåíåì âûñâå÷èâàíèÿ íà ôðîíòå

tc =

kTsh . 4ne ϕ

(3.4)

Çäåñü k  ïîñòîÿííàÿ Áîëüöìàíà, Tsh  òåìïåðàòóðà íà ôðîíòå, îïðåäåëÿåìàÿ àäèàáàòîé Ãþãîíèî,

kTsh =

3 maem µu2 , 16

n  ïëîòíîñòü ÷èñëà ÷àñòèö â íåâîçìóù¼ííûé ÷àñòè îáëàêà, à ϕ  ôóíêöèÿ âûñâå÷èâàíèÿ. Ìíîæèòåëü 4 ó÷èòûâàåò ñæàòèå ãàçà íà ôðîíòå.  ðàññìàòðèâàåìûõ óñëîâèÿõ ãëàâíûì ìåõàíèçìîì ðàäèàöèîííîãî îõëàæäåíèÿ ÿâëÿåòñÿ òîðìîçíîå èçëó÷åíèå [74]: √ −27 ϕ ≈ 1.43 · 10 < g > T · σ.

(3.5)

Ìíîæèòåëü Ãàóíòà < g >, ñîãëàñíî [74], ïðèìåì ðàâíûì 1.2. Âåëè÷èíà

σ ïîëó÷àåòñÿ ñóììèðîâàíèåì ïî íàèáîëåå îáèëüíûì õèìè÷åñêèì ýëåìåíòàì X (3.6) σ= Zi2 Yi , i

ãäå Zi  çàðÿä ÿäðà, à Yi  îòíîñèòåëüíîå ñîäåðæàíèå õèìè÷åñêîãî P ýëåìåíòà ïî ÷èñëó ÷àñòèö, ïðè÷¼ì i Yi = 1. Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî âñå ïðèíèìàåìûå âî âíèìàíèå ýëåìåíòû ïîëíîñòüþ èîíèçîâàíû.  ñëó÷àå ÎÂçâåçäû äîñòàòî÷íî ó÷åñòü òîëüêî âîäîðîä è ãåëèé, ïðè ýòîì âåëè÷èíà σOB îêàçûâàåòñÿ ÷èñëåííî ðàâíîé ìîëåêóëÿðíîìó âåñó ãàçà µ áåç ó÷¼òà ýëåêòðîíîâ:

σOB = µ ≈ 1.3. Äëÿ îöåíêè σOB ìû ïîëîæèëè ñîäåðæàíèå ãåëèÿ YHe ðàâíûì 0.1. Âåòåð îò çâåçäû WR èìååò èíîé ñîñòàâ; â í¼ì ìàëî âîäîðîäà, âåëèêî ñîäåðæàíèå ãåëèÿ è åñòü çàìåòíîå êîëè÷åñòâî óãëåðîäàYC . Ïðèìåì YHe =

Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå

95

0.9 è YC = 0.05 [39]. Ïðè íèçêîì ñîäåðæàíèè âîäîðîäà åãî êîíêðåòíîå çíà÷åíèå ïðàêòè÷åñêè íå âëèÿåò íà îêîí÷àòåëüíûé ðåçóëüòàò, ïóñòü YH = YC .  ýòîì ñëó÷àå σWR = 5.45. Ïðè îäíîé è òîé æå ïëîòíîñòè ρ ÷èñëî ÷àñòèö n îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíî ìîëåêóëÿðíîìó âåñó. Ïîýòîìó âëèÿíèå õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà íà âåëè÷èíó ϕ îïðåäåëÿåòñÿ äðîáüþ σ/µ. Ýòà âåëè÷èíà ðàâíà åäèíèöå ó Îçâåçäû è ïðèáëèçèòåëüíî 1.3 ó çâ¼çä òèïà WR. Èòàê, ýôôåêòèâíîñòü îõëàæäåíèÿ ïóò¼ì òîðìîçíîãî èçëó÷åíèÿ â îáëàêàõ îò çâ¼çä òèïà WR ïðèìåðíî íà 30% âûøå, òî åñòü â ýòèõ îáëàêàõ ãàç âûñâå÷èâàåòñÿ áûñòðåå, ïîýòîìó îöåíêó ïðîâåä¼ì äëÿ îáëàêîâ O-çâåçäû. Óñëîâèå âûñâå÷èâàíèÿ îáëàêà

tD ≥ tc .

(3.7)

Ïîäñòàâëÿåì â (3.7) âûðàæåíèÿ äëÿ tD (3.3) è tc (3.4), â êîòîðûõ ó÷èòûâàåì àäèàáàòó Ãþãîíèî è (3.5). Òîãäà íåðàâåíñòâî (3.7) ìîæíî ïåðåïèñàòü â âèäå

√

µ u2 3màåìk nd ≥ √ . 16Ze 1, 43 · 10−27 < g > σ µ

(3.8)

Òåïåðü ïîäñòàâèì â (3.8) Ze è σ/µ äëÿ Îçâåçäû, à òàêæå ìèðîâûå êîíñòàíòû. Îòìåòèì, ÷òî ïðîèçâåäåíèå nd  ýòî ïîâåðõíîñòíàÿ ïëîòíîñòü îáëàêà, îáîçíà÷èì å¼ Ω. Åñëè âûðàçèòü ïîâåðõíîñòíóþ ïëîòíîñòü â åäèíèöàõ 1022 ñì2 , à ñêîðîñòü ðàñïðîñòðàíåíèÿ âîëíû  â åäèíèöàõ 3000 êì/ñ, òî îêîí÷àòåëüíî íåðàâåíñòâî ïåðåïèøåòñÿ â âèäå

7 2 Ω22 ≥ √ w3000 ãäå µ Ω22 = Ω/1022 ñì2 , à w3000 =

u . 3000 êì/c

(3.9)

(3.8)(3.9) ïîêàçûâàþò, êàê èìåííî

ïëîòíîñòü è ðàçìåð îáëàêà ñâÿçàíû ìåæäó ñîáîé. Òàê êàê ïëîòíîñòü ðàçðåæåííîãî êîìïîíåíòà çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû ∼ 109 ñì−3 , òî äëÿ îáëàêà ðàçìåðîì d = 1010 ñì êîíòðàñò ïëîòíîñòè îáëàêà è ðàçðåæåííîãî êîìïîíåíòà áóäåò ∼ 104 . Åñëè æå ðàçìåð îáëàêà d = 1011 ñì, òî êîíòðàñò ïëîòíîñòè ñîñòàâèò 103 . Äàëüíåéøèå ðàñ÷¼òû ìû áóäåì

Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå

96

ïðîâîäèòü, ïðåäïîëàãàÿ âûïîëíåííûì êðèòåðèé âûñâå÷èâàíèÿ (3.9), åñëè íå îãîâîðåíî îáðàòíîå.

3.4.2 Ïàðàìåòðû îáëàêîâ: ìàññà è ñâåòèìîñòü îäíîãî îáëàêà, âåðîÿòíîñòü ñòîëêíîâåíèÿ è ÷àñòîòà ñîóäàðåíèÿ îáëàêîâ Îïðåäåëèì ïàðàìåòðû îáëàêîâ, êîòîðûå ìîãóò äàâàòü íàáëþäàåìîå ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå. Îáîçíà÷èì ïîñðåäñòâîì d ðàçìåð îáëàêà. Ïî âèäèìîìó, ñóùåñòâóåò öåëûé ñïåêòð âåëè÷èíû d. Íàñ â ýòîé ðàáîòå áóäóò èíòåðåñîâàòü îáëàêà ïîðÿäêà 1010 ñì, â ñâÿçè ñ ÷åì ìû ââåä¼ì áåçðàçìåðíûé ïàðàìåòð d10 = d/1010 ñì. Ïðè d10 = 1 ïëîòíîñòü ÷èñëà ÷àñòèö âûñâå÷èâàþùåãîñÿ îáëàêà, ñîãëàñíî (3.9), íå äîëæíà áûòü ìåíüøå 7 · 1012 ñì−3 . Ãðóáóþ îöåíêó ÷èñëà âçàèìîäåéñòâóþùèõ îáëàêîâ â äâîéíîé ñèñòåìå ìîæíî ïîëó÷èòü ñëåäóþùèì îáðàçîì. Ìûñëåííî îêðóæèì îäíó èç çâ¼çä ñôåðîé ðàäèóñà R. Ìàññà îáëàêîâ âíóòðè ñôåðû ðàâíà

M˙ ·R , (3.10) V ãäå V  ñêîðîñòü äâèæåíèÿ îáëàêà. Ñ ïîìîùüþ (3.9) îöåíèì ìàññó îäíîãî îáëàêà, óäîâëåòâîðÿþùåãî óñëîâèþ âûñâå÷èâàíèÿ. Åñëè äèàìåòð M (R) =

îáëàêà ðàâåí d, òî åãî îáú¼ì ðàâåí πd3 /6. Åñëè íàì èçâåñòíà ïîâåðõíîñòíàÿ ïëîòíîñòü îáëàêà, òî åãî ìàññà çàïèøåòñÿ òàê

π µ · maem Ω · d2 . 6 Ñ ó÷¼òîì óñëîâèÿ âûñâå÷èâàíèÿ (3.9) ïîëó÷èì îãðàíè÷åíèå íà ìàññó m1 =

îäíîãî îáëàêà

√ 2 m1 ≥ 6.08 · 1018 µw3000 d210 ã.

(3.11)

Îòñþäà ñëåäóåò âåðõíÿÿ îöåíêà ÷èñëà îáëàêîâ âíóòðè ñôåðû ðàäèóñàR:

N (R) ≤

M (R) , m1

(3.12)

èëè, ïîäñòàâëÿÿ ñþäà (3.10) è (3.11), ïîëó÷èì

N (R) ≤ 3.67 · 107

M˙ 5 R14 √ 3 , d210 µw3000

(3.13)

Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå

97

Çäåñü M˙ 5 îáîçíà÷àåò òåìï ïîòåðè ìàññû, âûðàæåííûé â åäèíèöàõ

10−5 M¯ /ãîä, à R14 = R/1014 ñì. Îöåíèì âåðîÿòíîñòü p ñòîëêíîâåíèÿ îáëàêà ñ îäíèì èç îáëàêîâ äðóãîé çâåçäû. Ñäåëàåì ïðåäïîëîæåíèå, ÷òî îòíîøåíèå ñóììû ñå÷åíèé âñåõ îáëàêîâ π4 N d2 ê ñå÷åíèþ ñôåðû πR2 ÿâëÿåòñÿ ìàëîé âåëè÷èíîé. Òîãäà ìîæíî ïðåíåáðå÷ü ïåðåêðûòèåì îáëàêîâ, îòêóäà ñëåäóåò

p≈

N d2 . 4R2

(3.14)

Ïîäñòàâèâ ñþäà (3.12), ïîëó÷èì âåðõíþþ îöåíêó âåðîÿòíîñòè

p ≈ 9.2 · 10−2 √

M˙ 5 . 3 µR14 w3000

(3.15)

×èñëåííûå çíà÷åíèÿ p ïðèâåäåíû â òàáëèöå äëÿ êàæäîãî âåòðà â äâóõ òî÷êàõ îðáèòû: ïåðèàñòðà è àïîàñòðà. Ñêâîçü àïîàñòð ïåðèàñòð WR

7.8%

88%

OB

0.30%

3.40%

Áîëüøàÿ âåëè÷èíà p äëÿ äâèæåíèÿ ñêâîçü âåòåð WR â ïåðèàñòðå, êîíå÷íî, íå ðàâíà èñòèííîé âåðîÿòíîñòè, òàê êàê â ýòîì ñëó÷àå çàìåòíóþ ðîëü èãðàåò ïåðåíàëîæåíèå îáëàêîâ íà ëó÷å çðåíèÿ. Îíî ìîæåò èìåòü ìåñòî ïðèáëèçèòåëüíî â ïîëîâèíå ñëó÷àåâ, ïîýòîìó âåðîÿòíîñòü ñòîëêíîâåíèÿ çäåñü ïîðÿäêà 40%. Îöåíèì ÷àñòîòó ñòîëêíîâåíèé îáëàêîâ âíóòðè ñôåðû ðàäèóñàR, ãäå R â äàííîì ñëó÷àå ðàâíî ðàññòîÿíèþ ìåæäó çâ¼çäàìè. Äëèíà ñâîáîäíîãî ïðîáåãà l îïðåäåëÿåòñÿ ïëîòíîñòüþ ÷èñëà îáëàêîâ äðóãîãî âåòðà è èõ ñå÷åíèåì.  êà÷åñòâå ïåðâîãî ïðèáëèæåíèÿ ìîæíî ïðèíÿòü

l=

2 R3 , 3 N (R) · d2

(3.16)

åñëè îáëàêî ñ÷èòàòü ñôåðîé äèàìåòðà d. ×àñòîòà ñîóäàðåíèé îáëàêîâ ðàâíà

ν=

Vi Ni . lj

(3.17)

Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå

98

Çäåñü ïîäðàçóìåâàåòñÿ, ÷òî îáëàêà i−é çâåçäû ëåòÿò ñêâîçü âåòåð j−é, ïðè÷¼ì Vi  ñêîðîñòü îáëàêîâ âåòðà îäíîé çâåçäû îòíîñèòåëüíî îáëàêîâ âåòðà äðóãîé çâåçäû.  îáùåì ñëó÷àå îáëàêà ëåòÿò ïîä íåêîòîðûì óãëîì äðóã ê äðóãó, íî äëÿ îöåíîê ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî ñòîëêíîâåíèå ëîáîâîå, òîãäà Vi = VW R + VOB . Ôîðìóëà ñèììåòðè÷íà îòíîñèòåëüíî çâ¼çä, ïîýòîìó êîíå÷íûé ðåçóëüòàò äëÿ ÷àñòîòû ñòîëêíîâåíèÿ îáëàêîâ íå èçìåíèòñÿ ïðè ïåðåìåíå òî÷åê çðåíèÿ. Ïîäñòàâëÿÿ ñþäà ïîëó÷åííûå âûøå âûðàæåíèÿ äëÿ Ni è lj , ïðèõîäèì ê ôîðìóëå WR OB M˙ 5WR M˙ 5OB (w3000 + w3000 ) ν(ñåê ) = 60.6 √ . ¡ WR ¢ OB 3 · d2 µWR µOB · R14 · w3000 · w3000 10 −1

(3.18)

Îòñþäà ñëåäóåò, ÷òî äëÿ îáëàêîâ d10 = 1 âåëè÷èíà ν ìîæåò ñîñòàâëÿòü äî 13 ñåê−1 â àïîàñòðå è 145 ñåê−1 â ïåðèàñòðå, åñëè ïîòîêè ïðåäñòàâëåíû, â îñíîâíîì, îáëàêàìè äàííîãî ðàçìåðà. Ïåðåéä¼ì ê îöåíêå ñâåòèìîñòè îäíîé ïàðû îáëàêîâ, ïðåäïîëàãàÿ âûñâå÷èâàíèå õîòÿ áû îäíîãî èç íèõ.  ýòîì ñëó÷àå ïîëíûé ïîòîê èçëó÷åíèÿ, ïðîñóììèðîâàííûé ïî âñåì ÷àñòîòàì, ðàâåí ïîòîêó âåùåñòâà ÷åðåç ôðîíò. Ïîýòîìó ñâåòèìîñòü îäíîãî îáëàêà L1 âûðàæàåòñÿ ÷åðåç ïëîùàäü åãî ïîâåðõíîñòè S1 , ïëîòíîñòü íåâîçìóù¼ííîãî ãàçà â í¼ì ρ è ñêîðîñòüþ óäàðíîé âîëíû [74]

1 L1 = S1 ρu3 . 2 Ïðåäñòàâèì âûðàæåíèå äëÿ ñâåòèìîñòè â âèäå 1 πd2 Ω · µmàåì u3 . 2 4 d Ïîäñòàâëÿÿ ñþäà (3.9), ïðèõîäèì ê îöåíêå ñíèçó äëÿ âûñâå÷èâàþùåãîñÿ L1 =

îáëàêà;

√ 5 L1 = 1.23 · 1034 µd10 w3000 ýðã/ñ.

(3.19)

Îòñþäà ñëåäóåò, ÷òî ñòîëêíîâåíèå îäíîé ïàðû îáëàêîâ ìîæåò äàòü äîñòàòî÷íî ìîùíîå èçëó÷åíèå. Äëèòåëüíîñòü ñòîëêíîâåíèÿ îïèñûâàåòñÿ äèíàìè÷åñêîé øêàëîé âðåìåíè è, ñîãëàñíî (3.3), ñîñòàâëÿåò

tD ≈ 30

d10 ≈ 30 ñåê. w3000

Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå

99

Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ íàáëþäàåìîé ñâåòèìîñòè HD193793 äîñòàòî÷íà âåëè÷èíà ν

≈ 0.1 ñåê−1 ; îíà ïðèìåðíî â 100 ðàç ìåíüøå, ÷åì

ïðèâåä¼ííûå âûøå çíà÷åíèÿ 13 ñåê−1 è 145 ñåê−1 è ìîæåò áûòü îáåñïå÷åíà îòíîñèòåëüíî íåáîëüøîé äîëåé îáëàêîâ çâ¼çäíîãî âåòðà.

3.5 Êðèâàÿ áëåñêà â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå. Ðåíòãåíîâñêàÿ êðèâàÿ áëåñêà ðàññìàòðèâàåìîé äâîéíîé ñèñòåìû îïðåäåëÿåòñÿ, ãëàâíûì îáðàçîì, èçìåíåíèåì ðàññòîÿíèÿ R ìåæäó å¼ êîìïîíåíòàìè.  ñèëó åãî áîëüøîé âåëè÷èíû çäåñü íå ñóùåñòâåííû íè çàòìåíèÿ çâ¼çäàìè, íè ïðîöåññ âûõîäà âåòðà íà óñòàíîâèâøèéñÿ ñêîðîñòíîé ðåæèì. Âàæíóþ ðîëü èãðàåò âûñâå÷èâàíèå ãàçà. Ìû áóäåì ðàçëè÷àòü äâà ïðåäåëüíûõ ñëó÷àÿ: àäèàáàòè÷åñêîå ðàñøèðåíèå ãàçà ïîñëå ïðîõîæäåíèÿ ôðîíòà, ëèáî åãî ïîëíîå âûñâå÷èâàíèå.  ðàçäåëå 3.3 íàñòîÿùåé ãëàâû áûëî ðàññìîòðåíî èçëó÷åíèå ðàçðåæåííîãî êîìïîíåíòà âåòðà, òåïåðü ìû îáñóäèì ïîâåäåíèå îáëàêîâ. Áóäåì ïðåäïîëàãàòü âûïîëíåííûì óñëîâèå (3.9) âûñâå÷èâàíèÿ è äëÿ òàêèõ îáëàêîâ âûÿñíèì çàâèñèìîñòü ñâåòèìîñòè îò ðàññòîÿíèÿ ìåæäó êîìïîíåíòàìè. Ïðè êàæäîì ñòîëêíîâåíèè õîòÿ áû îäíî îáëàêî ïîëíîñòüþ âûñâå÷èâàåò ñâîþ ýíåðãèþ. Ïîýòîìó ðåíòãåíîâñêàÿ êðèâàÿ áëåñêà â äàííîì ñëó÷àå îïðåäåëÿåòñÿ âåðîÿòíîñòüþ p ñòîëêíîâåíèÿ îáëàêà ñ îäíèì èç îáëàêîâ äðóãîãî âåòðà. Ïîäñòàâèì â (3.14) ÷èñëî îáëàêîâ â ñôåðå ðàäèóñà R êàê îòíîøåíèå ìàññû îáëàêîâ (3.10) ê ìàññå îäíîãî îáëàêà, ðàâíîé ïðîèçâåäåíèþ ïëîòíîñòè îáëàêà ρ íà åãî îáú¼ì

πd3 /6: m1 = ρπd3 /6.  ðåçóëüòàòå ïîëó÷èì 3 M˙ 1 p= . 2π V ρRd

(3.20)

Ïðè áîëüøåì ðàññòîÿíèè ìåæäó êîìïîíåíòàìè îáëàêî äî ñâîåãî âõîæäåíèÿ â ÷óæîé âåòåð ïðîëåòàåò áîëüøèé ïóòü è ñèëüíåå ðàñøèðÿåòñÿ.  ñèëó áàëàíñà äàâëåíèé ñî ñâîèì ðàçðåæåííûì ãàçîì ïëîòíîñòü îáëàêà ïðîïîðöèîíàëüíà ïëîòíîñòè ðàçðåæåííîãî ãàçà, êîòîðàÿ ïàäàåò êàê R−2 . Áóäåì ñ÷èòàòü, ÷òî d ∝ ρ−1/3 . Ñëåäîâàòåëüíî,

Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå

100

ïðîèçâåäåíèå ρRd â çíàìåíàòåëå (3.20) óìåíüøàåòñÿ êàê R−1/3 , à âåðîÿòíîñòü p ðàñò¼ò ïðîïîðöèîíàëüíî R1/3 . Èòàê, â ìîäåëè ñòîëêíîâåíèÿ îáëàêîâ ðåíòãåíîâñêàÿ ñâåòèìîñòü ñëàáî ðàñò¼ò, à íå ïàäàåò ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ ðàññòîÿíèÿ ìåæäó êîìïîíåíòàìè. Ïîëó÷åííûé ðåçóëüòàò ëåãêî ñîãëàñîâàòü ñ ðàññìîòðåííûìè âûøå íàáëþäåíèÿìè

HD193793.

Ìû

ïðåäëàãàåì

ñëåäóþùóþ

ìîäåëü

ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ ýòîé ñèñòåìû. Áîëüøóþ ÷àñòü, îêîëî 80% íàáëþäàåìîãî ïîòîêà ïî ïðåäïîëîæåíèþ äàþò ñòîëêíîâåíèÿ îáëàêîâ è îêîëî 20%  ðàçðåæåííûå êîìïîíåíòû âåòðîâ. Ïðè èçìåíåíèè ðàññòîÿíèÿ ìåæäó çâ¼çäàìè âî âðåìÿ îðáèòàëüíîãî âðàùåíèÿ âêëàäû îáëàêîâ è ðàçðåæåííîé ñðåäû ìåíÿþòñÿ â ïðîòèâîïîëîæíûå ñòîðîíû. Äëÿ êîíêðåòíîñòè ðàññìîòðèì ôàçó îðáèòàëüíîãî ïåðèîäà, ñâÿçàííóþ ñ óäàëåíèåì çâ¼çä.  ýòî âðåìÿ íåáîëüøîå óâåëè÷åíèå ñâåòèìîñòè îáëàêîâ êîìïåíñèðóåòñÿ

çíà÷èòåëüíûì

îñëàáëåíèåì

âêëàäà

ðàçðåæåííîãî

êîìïîíåíòà âåòðà è ðåíòãåíîâñêàÿ ñâåòèìîñòü ñèñòåìû â öåëîì îñòà¼òñÿ ïðèáëèçèòåëüíî ïîñòîÿííîé. Àíàëîãè÷íûå ïðîöåññû, íî ñ ïðîòèâîïîëîæíûì çíàêîì ïðîèñõîäÿò âî âðåìÿ ñáëèæåíèÿ çâ¼çä. Îòëè÷èòåëüíîé äèñêðåòíîñòü,

÷åðòîé

êîòîðàÿ

ñòîëêíîâåíèé

ìîæåò

íàéòè

ñâî¼

îáëàêîâ

ÿâëÿåòñÿ

îòðàæåíèå

â

èõ

ôîðìå

ôëóêòóàöèé ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ. Ðîëü ôëóêòóàöèé îïðåäåëÿåòñÿ áåçðàçìåðíûì ïàðàìåòðîì

q = ν · tD . Ïðè q À 1 â êàæäûé ìîìåíò âðåìåíè âçàèìîäåéñòâóåò ìíîãî îáëàêîâ, è âñïûøêè, ñâÿçàííûå ñ îòäåëüíûìè ñòîëêíîâåíèÿìè, óñðåäíÿþòñÿ. Íàîáîðîò, åñëè q ≤ 1, òî ðîëü êàæäîé âñïûøêè âîçðàñòàåò, è ìîãóò íàáëþäàòüñÿ ôëóêòóàöèè ñâåòèìîñòè íà ìàñøòàáàõ âðåìåíè tD è 1/ν . Äåéñòâèòåëüíîå çíà÷åíèå q çàâèñèò îò ñïåêòðà ìàññ îáëàêîâ. Åñëè äîñòàòî÷íî áîëüøàÿ ìàññà âåòðà çàêëþ÷åíà â îáëàêàõ ñ ðàçìåðàìè

d10 ≈ 1, òî ñîãëàñíî ïðèâåä¼ííûì âûøå îöåíêàì ν , q ëåæèò â äèàïàçîíå îò 390 (â àïîàñòðå) äî 4350 (â ïåðèàñòðå).  ýòîì ñëó÷àå ðåíòãåíîâñêàÿ ñâåòèìîñòü èìååò êâàçèíåïðåðûâíûé õàðàêòåð. Íî åñëè ñïåêòð ìàññ

Ãëàâà 3. Ìîäåëü èçëó÷åíèÿ WR140 â ðåíòãåíîâñêîì äèàïàçîíå

101

ñìåù¼í â ñòîðîíó áîëåå ïëîòíûõ è êîìïàêòíûõ îáëàêîâ, òî èçëó÷åíèå ìîæåò ïðîÿâëÿòüñÿ â ôîðìå êîðîòêèõ ÿðêèõ âñïûøåê, ðàçäåë¼ííûõ ïðîìåæóòêàìè âðåìåíè ïîðÿäêà 1/ν . Êîíå÷íî,

äåéñòâèòåëüíàÿ

êàðòèíà

âçàèìîäåéñòâèÿ

îáëàêîâ

çíà÷èòåëüíî ñëîæíåå ïðèâåä¼ííîé çäåñü ñõåìû. Íàïðèìåð, ìû íå ñòàëè îáñóæäàòü âïîëíå âîçìîæíûé âàðèàíò, êîãäà ïðè óâåëè÷åíèè ðàññòîÿíèÿ ìåæäó êîìïîíåíòàìè, îáëàêà âåòðà îò îäíîé èç çâ¼çä ïåðåñòàþò âûñâå÷èâàòüñÿ. Ýòîò ôàêòîð ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî êðèâàÿ áëåñêà îáëàêîâ çàâèñèò îò ðàññòîÿíèÿ ìåæäó êîìïîíåíòàìè åù¼ ñëàáåå, ÷åì R1/3 . Êðîìå òîãî, íåêîòîðóþ ðîëü ìîæåò èãðàòü ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå ðàçðåæåííîãî êîìïîíåíòà, âîçìóù¼ííîãî îáëàêàìè ÷óæîãî âåòðà. Îíî íàèáîëåå ñèëüíî äëÿ îáëàêîâ, ïðîëåòàþùèõ íå ñëèøêîì äàëåêî îò ïðîòèâîïîëîæíîé çâåçäû.

Äèñêóññèÿ Ñèëüíàÿ âûòÿíóòîñòü è áîëüøèå ðàçìåðû äâîéíîé ñèñòåìû HD193793 ïîçâîëèëè ÿñíî óâèäåòü âîçìîæíóþ ðîëü ñòîëêíîâåíèé îáëàêîâ â ãåíåðàöèè å¼ ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ. Èìåííî îáëàêà ìîãóò äàòü íàáëþäàåìóþ êàðòèíó, ïðè êîòîðîé ñâåòèìîñòü ñèñòåìû, ñîãëàñíî èìåþùèìñÿ íàáëþäåíèÿì, ñëàáî çàâèñèò îò ðàññòîÿíèÿ ìåæäó çâ¼çäàìè. Êîíå÷íî, îïðåäåë¼ííóþ ðîëü èãðàåò è îáû÷íî ðàññìàòðèâàåìîå â ëèòåðàòóðå âçàèìîäåéñòâèå ðàçðåæåííûõ êîìïîíåíòîâ, îäíàêî â äàííîì ñëó÷àå íå îíî ÿâëÿåòñÿ ðåøàþùèì ôàêòîðîì. Íàøè ðåçóëüòàòû ñîãëàñóþòñÿ ñ àíàëèçàìè ×åðåïàùóêà [36]. Âîïðîñ î òîì, íàñêîëüêî òèïè÷íî âëèÿíèå îáëà÷íîé ñòðóêòóðû âåòðà íà ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå äâîéíûõ ñèñòåì, ïîâèäèìîìó, ìîæåò áûòü ðåø¼í ïðè áîëåå äåòàëüíîì èññëåäîâàíèè äðóãèõ îáúåêòîâ.

Ãëàâà 4 Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140 4.1 Äàííûå íàáëþäåíèé è îñíîâíûå ïðåäñòàâëåíèÿ Â

ýòîì

ðàçäåëå

ñîáðàíû

îñíîâíûå

ðåçóëüòàòû

íàáëþäåíèé,

êàñàþùèåñÿ ïðîáëåìû îáðàçîâàíèÿ ïûëè â äâîéíûõ ñèñòåìàõ ñ ãîðÿ÷èìè êîìïîíåíòàìè. Êðîìå òîãî, èçëîæåíû èäåè è ïîäõîäû, ïðåäëàãàåìûå ðàçíûìè àâòîðàìè äëÿ ðåøåíèÿ ýòîé ïðîáëåìû. Óãëåðîäíûå çâ¼çäû Âîëüôà-Ðàéå, äâîéíûå è îäèíî÷íûå, ÷àñòî îêàçûâàþòñÿ

èñòî÷íèêàìè

â

âðåìÿ

íàñòîÿùåå

èíôðàêðàñíîãî

èíòåðïðåòèðóåòñÿ

êàê

èçëó÷åíèÿ, ïðîÿâëåíèå

êîòîðîå ïûëè

â

îêîëîçâ¼çäíîì ïðîñòðàíñòâå [98, 97, 99]. Ïðàêòè÷åñêè âñå çâ¼çäû, âîêðóã êîòîðûõ íàáëþäàåòñÿ ôîðìèðîâàíèå ïûëè, îòíîñÿòñÿ ê ïîçäíèì ïîäòèïàì.  1987 ãîäó Âèëüÿìñ è äð. [100] îïóáëèêîâàëè ðåçóëüòàòû èíôðàêðàñíîé ôîòîìåòðèè 41 çâåçäû ÂîëüôàÐàéå íàñåëåíèÿ I, êóäà âîøëè âñå èçâåñòíûå íà òîò ìîìåíò çâ¼çäû WC8 10 è WN911. Èçëó÷åíèå ïûëè ïîêàçàëè 5 èç 10 çâ¼çä WC8, 14 èç 17 çâ¼çä WC9 è îäíà çâåçäà WC10. Çâ¼çäû àçîòíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè â ñïèñêå ÈÊ-èñòî÷íèêîâ ïðåäñòàâëåíû ãîðàçäî ñëàáåå: îäíà çâåçäà WN11 è, âîçìîæíî, îäíà WN10. Ýòî ðàçëè÷èå, ïî âñåé âèäèìîñòè, îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî â çâ¼çäàõ WC ïîçäíåãî òèïà ñîäåðæàíèå óãëåðîäà ñóùåñòâåííî ïðåâûøàåò ñðåäíåå êîñìè÷åñêîå. Íàïðèìåð, äëÿ WR140 åãî îïðåäåëèëè êàê 0.05 ïî ÷èñëó ÷àñòèö [39]. Èìåííî ýòîò îáúåêò ÿâëÿåòñÿ íàèáîëåå 102

Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140

103

èññëåäîâàííûì è îáû÷íî ñ åãî ïàðàìåòðàìè ñðàâíèâàþò ðåçóëüòàòû òåîðåòè÷åñêèõ ðàñ÷¼òîâ. Íî äëÿ ïîëíîòû êàðòèíû ïðèâåä¼ì íàáëþäåíèÿ ðÿäà äðóãèõ îäèíî÷íûõ è äâîéíûõ çâ¼çä ñ ïûëüþ. WR è WR+OB-çâ¼çäû ñ ïûëüþ

WR 19. WC4+OB, ïåðèîä ïîðÿäêà 10.1 ëåò, îòíîñèòñÿ ê ñèñòåìàì ñ ýïèçîäè÷åñêèì ôîðìèðîâàíèåì ïûëè [101], ïåðèîäè÷íîñòü ÈÊ-âñïûøåê  ïðèáëèçèòåëüíî 10 ëåò [102].

WR 103. WC9 [103]; îáíàðóæåíà ïåðåìåííîñòü ëèíèé, îäíèì èç âîçìîæíûõ îáúÿñíåíèé êîòîðîé ÿâëÿåòñÿ íàëè÷èå îáëàêîâ â âåòðå çâåçäû [104]; òàêæå íàáëþäàåòñÿ ïåðåìåííîå ïîãëîùåíèå, êîòîðîå, âåðîÿòíî, âûçâàíî êîíäåíñàöèåé ïûëåâûõ îáëàêîâ [105].

WR 104. WC9, ñîãëàñíî [106] äèàìåòð ïûëåâîãî îáëàêà íå ìåíüøå 60 R¯ (20 R∗ ) è ôîðìèðîâàíèå ïûëè ïðîèñõîäèò íà ðàññòîÿíèè, áîëüøåì 300 R¯ (100 R∗ ) À 2.1 · 1013 ñì, à ïî äàííûì [107] ïûëåâàÿ îáîëî÷êà èìååò ñïèðàëüíóþ ñòðóêòóðó è å¼ ðàçìåð ñîñòàâëÿåò ïîðÿäêà 2 · 1015 ñì. Îáíàðóæåíû ÿñíûå ïðèçíàêè ñóùåñòâîâàíèÿ OB-êîìïîíåíòà [106, 107].

WR 112. WC9, óãëîâûå ðàçìåðû ïûëåâîé îáëàñòè 0.06 , ëèíåéíûå 00

∼ 1015 ñì ([105, 108] îïðåäåëÿþò ëèíåéíûå ðàçìåðû ïûëåâîé îáëàñòè êàê 1018 ñì ïðè òåõ æå óãëîâûõ), ïûëü ïî ðàäèóñó ðàñïðåäåëåíà íåðàâíîìåðíî, å¼ òåìïåðàòóðà âî âíóòðåííåé çîíå ∼1150 K [103].

WR 121. WC9, ïûëü îáðàçóåòñÿ âî âðåìåííûõ êîíäåíñàöèÿõ îïòè÷åñêè òîëñòîãî îáëàêà, íàõîäÿùåãîñÿ íà ëó÷å çðåíèÿ, àíàëîãè÷íî òîìó, êàê ýòî ïðîèñõîäèò âîêðóã R Corona Borealis çâ¼çä. Ïûëü îáðàçóåòñÿ áëèçêî ê ïîâåðõíîñòè, íà ðàññòîÿíèè 80 − 800 R¯ ( 5.6 · 1011 −

1012 ñì) îò íå¼. Îöåíêà ðàçìåðîâ ïûëèíîê: ∼ 0.1 µm. [105]

WR 125. Äâîéíàÿ çâåçäà WC7+O9, íàáëþäàëàñü íà ïðîòÿæåíèè ðÿäà ëåò [101, 109, 110]. Èìååò ñïåêòð, àíàëîãè÷íûé ñïåêòðó WR 140. Îòíîñèòñÿ ê ñèñòåìàì ñ ýïèçîäè÷åñêèì ôîðìèðîâàíèåì ïûëè. Ò.ê. íåò êàêèõ-ëèáî îñíîâàíèé ñ÷èòàòü, ÷òî ïûëü ñîñòîèò èç ñèëèêàòîâ, êàðáèäà êðåìíèÿ èëè ãðàôèòà, â [110] óòâåðæäàåòñÿ, ÷òî ïûëü â WR 125 ÿâëÿåòñÿ

Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140

104

àìîðôíûì óãëåðîäîì. Ìîäåëèðîâàíèå ïî òèïó WR 140, äàëî, ÷òî â èçîòåðìè÷åñêîì ñëó÷àå ìàññà è òåìïåðàòóðà ïûëè ñîñòàâëÿåò md = 2 ×

10−7 M¯ , Td = 673 Ê, à ôîðìèðóåòñÿ îíà íà ðàññòîÿíèè ïðèáëèçèòåëüíî r = 7184 R∗ , R∗ = 19 R¯ , ò.å. ïî÷òè 1014 ì [109]. WR 134. Ïî äàííûì [103], ýòà çâåçäà ÿâëÿåòñÿ îäèíî÷íîé òèïà WN6 (SB1). Ó íå¼ îáíàðóæåíà ïåðåìåííîñòü ëèíèé, ïûëåâîå îáëàêî íàõîäèòñÿ íà ðàññòîÿíèè ∼1 ïàðñåêà îò çâåçäû, ÷òî ìîæåò áûòü ïðîèíòåðïðåòèðîâàíî êàê âçàèìîäåéñòâèå ñ îêðóæàþùåé ñðåäîé [104].

WR 137. Øèðîêàÿ äâîéíàÿ ñèñòåìà, èçëó÷åíèå ïûëè ïðîèñõîäèò â íåñêîëüêèõ ãðóïïàõ â îêðåñòíîñòÿõ çâåçäû [111, 112]. Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî ïûëü ñîñòîèò èç àìîðôíîãî óãëåðîäà [100, 113]. Ïàðàìåòðû îðáèòû ýòîé ñèñòåìû ïîõîæè íà ïàðàìåòðû îðáèòû WR140, ñóùåñòâåííîå îòëè÷èå çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî ýêñöåíòðèñèòåò îðáèòû WR 137 î÷åíü ìàë (e ≈ 0.07) [114]. Ýòîò ôàêò âëèÿåò íà õàðàêòåð ÈÊâñïûøêè: åñëè ó WR140 âñïûøêà ðåçêàÿ, òî ó WR137 ÈÊèçëó÷åíèå âûõîäèò íà ìàêñèìóì â òå÷åíèå íåñêîëüêèõ ëåò [101]. Õàðàêòåð îáðàçîâàíèÿ ïûëè â çâ¼çäàõ Âîëüôà-Ðàéå

Íàáëþäåíèÿ ïîêàçûâàþò, ÷òî õàðàêòåð îáðàçîâàíèÿ ïûëè â äâîéíûõ è îäèíî÷íûõ çâ¼çäàõ ðàçëè÷åí [111]: 1. ïî÷òè ïîñòîÿííîå ôîðìèðîâàíèå ïûëè â áîëüøèíñòâå îäèíî÷íûõ WC-çâ¼çä íàèáîëåå õîëîäíûõ ïîäòèïîâ; 2. ýïèçîäè÷åñêîå óñèëåíèå ÈÊèçëó÷åíèÿ â äîëãîïåðèîäè÷åñêèõ (ïåðèîä íåñêîëüêî ëåò) WC+O  ñèñòåìàõ ñ âûòÿíóòûìè îðáèòàìè, íåçàâèñèìî îò ïîäòèïà WCêîìïîíåíòîâ. Òàêîå óñèëåíèå ïðèíÿòî íàçûâàòü ÈÊ-âñïûøêîé. Òàê, èç ñåìè çâ¼çä, âîêðóã êîòîðûõ íàáëþäàåòñÿ ýïèçîäè÷åñêîå îáðàçîâàíèå ïûëè, òîëüêî äâå ñ÷èòàþòñÿ îäèíî÷íûìè WC 89: WR 48a è WR 98a. Îñòàëüíûå ïÿòü çâåçä âõîäÿò â ñîñòàâ äâîéíûõ ñèñòåì è îòíîñÿòñÿ ê ñàìûì ðàçíûì ïîäêëàññàì: òðè (WR 125, WR 137 è WR 140)

Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140

105

ïîäêëàññà WC 7, îäíà (WR 70)  ê ïîäêëàññó WC 9 è WR 19  ê ïîäêëàññó WC 4 [101]. Âî âðåìÿ ÈÊâñïûøêè áëåñê äâîéíîé ñèñòåìû WR 140 âîçðàñòàåò â íåñêîëüêî ðàç. ÈÊèçëó÷åíèå äîñòèãàåò ìàêñèìóìà ÷åðåç íåñêîëüêî äåñÿòêîâ

äíåé

ïîñëå

ìîìåíòà

ïðîõîæäåíèÿ

çâåçäîé

ïåðèàñòðà.

Ñîãëàñíî [26], WR 140 â ïðîìåæóòêå ìåæäó íîÿáð¼ì 1976 ãîäà è èþíåì 1977 ãîäà ðåçêî óâåëè÷èëà ñâîé áëåñê íà 2.5m íà äëèíå âîëíû 2.3µm è íà 1.3m íà äëèíå âîëíû 10µm.  1995 ãîäó Àííóê, àíàëèçèðóÿ äàííûå ñâîèõ ÈÊ íàáëþäåíèé è íàáëþäåíèé Âèëüÿìñà [39], ñäåëàë âûâîä, ÷òî ìàêñèìóì ÈÊ-âñïûøêè íà äëèíå âîëíû 3.8µm äîñòèãàåòñÿ ïðèáëèçèòåëüíî ÷åðåç 50 äíåé ïîñëå ìîìåíòà ïðîõîæäåíèÿ ïåðèàñòðà (íà ôàçå ∼0.017) [114]. Îñíîâûâàÿñü íà áîëåå ïîçäíèõ íàáëþäåíèÿõ â Ê ïîëîñå íà äëèíå âîëíû 2.2 µm, Âèëüÿìñ îöåíèë çàäåðæêó ÈÊâñïûøêè ïî îòíîøåíèþ ê ìîìåíòó ïðîõîæäåíèÿ ïåðèàñòðà ∼90 äíåé [101]. Ïðèðîäà ÈÊèçëó÷åíèÿ

 îáùåì ñëó÷àå ÈÊ-èçëó÷åíèå ìîæåò èìåòü òðè ïðè÷èíû: 1. èçëó÷åíèå ÷¼ðíîãî òåëà ïðè íèçêîé òåìïåðàòóðå; 2. òîðìîçíîå èçëó÷åíèå ïðîçðà÷íîãî ãàçà; 3. èçëó÷åíèå ïûëè. Ñíà÷àëà èíôðàêðàñíîå èçëó÷åíèå WR 140 ïûòàëèñü îáúÿñíèòü â ðàìêàõ ìîäåëè òîðìîçíîãî èçëó÷åíèÿ [115], à òàêæå èçëó÷åíèÿ ÷¼ðíîãî òåëà. Îäíàêî ïîñëåäóþùèå ðàáîòû ïîêàçàëè, ÷òî áåç ïðèâëå÷åíèÿ ãèïîòåçû ïûëè ýòè äâà ìåõàíèçìà ñàìè ïî ñåáå íå ìîãóò îáúÿñíèòü äâóõ îáíàðóæåííûõ îñîáåííîñòåé: ë¼ãêîãî óâåëè÷åíèÿ ñïåêòðàëüíîé èíòåíñèâíîñòè â äèàïàçîíå äëèí âîëí îò λ ≈ 1.6 µ äî λ ≈ 2.3 µ è øèðîêîãî ìàêñèìóìà â äèàïàçîíå 2.3 µ < λ < 3.6 µ [26]. Òàêîé õàðàêòåð ðàñïðåäåëåíèÿ ýíåðãèè â ñïåêòðå õàðàêòåðåí äëÿ âñåõ ìîìåíòîâ îðáèòàëüíîãî ïåðèîäà øèðîêîé äâîéíîé ñèñòåìû WR140

Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140

106

Ðèñ. 4.1: Òèïè÷íûé ñïåêòð HD193793 â èíôðàêðàñíîì äèàïàçîíå [26].

(ðèñ. 4.1).  íàñòîÿùåå âðåìÿ ÈÊ-èçëó÷åíèå èíòåðïðåòèðóþò â ðàìêàõ ôîðìèðîâàíèÿ ïûëè ïðè âçàèìîäåéñòâèè çâ¼çäíûõ âåòðîâ.

4.1.1 Ñîñòàâ ïûëèíîê èç äàííûõ íàáëþäåíèé Õîòÿ è æåëåçíûå ïûëèíêè, è ïûëèíêè, ñîñòîÿùèå èç àìîðôíîãî óãëåðîäà, äàþò ïðèáëèçèòåëüíî îäèíàêîâûé âèä ñïåêòðà [26, 39], íàáëþäàòåëè ïðèøëè ê âûâîäó, ÷òî ïûëü â ðàññìàòðèâàåìûõ ñèñòåìàõ ñîñòîèò, ïî-âèäèìîìó, â îñíîâíîì èç àìîðôíîãî óãëåðîäà. Ãèïîòåçà àìîðôíîãî óãëåðîäà áûëà ïðèíÿòà ïîñëå òîãî, êàê âûÿñíèëîñü, ÷òî ïûëü îáðàçóåòñÿ â çâ¼çäàõ ñ ñèëüíî ïîâûøåííûì ñîäåðæàíèåì óãëåðîäà, ãäå

Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140

107

N(C)/N(Fe) > 103 . È ãðàíóëû àìîðôíîãî óãëåðîäà, è ãðàíóëû ãðàôèòà äàþò ïðèáëèçèòåëüíî ñòåïåííîé ñïåêòð èçëó÷åíèÿ, íî çàêîí λ−1 , õàðàêòåðíûé äëÿ àìîðôíîãî óãëåðîäà, çíà÷èòåëüíî ëó÷øå ñîãëàñóåòñÿ ñ íàáëþäåíèÿìè, ÷åì λ−2 äëÿ ãðàôèòà [116]. Ñâèäåòåëüñòâîì

â

ïîëüçó

óãëåðîäà

èëè

ãðàôèòà

ñòàëè

ôîòîìåòðè÷åñêèå íàáëþäåíèÿ WR140 â äèàïàçîíå 120µm è â óçêîé ïîëîñå 70 µm âî âðåìÿ âñïûøêè 1985.3 ã [100]. Îòñóòñòâèå ñïåêòðàëüíûõ äåòàëåé â ðàéîíå 70µm ïîñëóæèëî âåñêèì àðãóìåíòîì â ïîëüçó òîãî, ÷òî ïûëü íå ñîñòîèò èç àñòðîíîìè÷åñêèõ ñèëèêàòîâ èëè SiC [117]. Ñðàâíåíèå íàáëþäåíèé ñ òåîðåòè÷åñêèìè ïîñòðîåíèÿìè äëÿ ãðàôèòà è àìîðôíîãî óãëåðîäà ïîêàçàëî, ÷òî àìîðôíûé óãëåðîä ïîäõîäèò íàìíîãî ëó÷øå; òàêæå áûëà äîêàçàíà íåâîçìîæíîñòü îáðàçîâàíèÿ ïûëè íà èîíèçîâàííîì óãëåðîäå [39, 100]. Àíàëîãè÷íûå íàáëþäåíèÿ äëÿ äðóãîé äâîéíîé ñèñòåìû  WR 125  òàêæå íå îáíàðóæèëè ïðèñóòñòâèÿ ñèëèêàòîâ, êàðáèäà êðåìíèÿ èëè óçêîé 11.52-µm ãðàôèòíîé õàðàêòåðèñòèêè, è ýòî ïîçâîëèëî çàêëþ÷èòü, ÷òî â âåòðå çâåçäû WR 125 ôîðìèðóåòñÿ àìîðôíûé óãëåðîä [109, 110]. Îòñóòñòâèå èçëó÷åíèÿ îò SiC íà äëèíå âîëíû 9.7µm, à òàæå îäíîâðåìåííîå îòñóòñòâèå è ðåçîíàíñíîé ëèíèè ãðàôèòà λ 11.52 µm, è ëèíèè ïîëèöèêëè÷åñêîãî àðîìàòè÷åñêîãî óãëåâîäîðîäà íà äëèíå âîëíû

λ 11.3 µm ñîãëàñóåòñÿ ñ ãèïîòåçîé î òîì, ÷òî ïûëü âîêðóã çâåçäû WR 121 ñîñòîèò èç àìîðôíîãî óãëåðîäà [105]. Èòàê, ñåé÷àñ ñ÷èòàåòñÿ îáùåïðèíÿòûì, ÷òî ïûëü â âåòðàõ WCçâ¼çä ñîñòîèò èç àìîðôíîãî óãëåðîäà.

4.1.2 Ôèçè÷åñêèå óñëîâèÿ â îáëàñòè îáðàçîâàíèÿ ïûëè Çíà÷èòåëüíûé èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿþò óñëîâèÿ, ïðè êîòîðûõ ïûëèíêè ìîãóò ïîÿâèòüñÿ ñðàâíèòåëüíî íåäàëåêî îò ãîðÿ÷èõ çâ¼çä. Èç óñëîâèÿ òåïëîâîãî áàëàíñà ñëåäóåò, ÷òî â âåòðàõ WC-çâ¼çä àìîðôíûé óãëåðîä íå äîëæåí îáðàçîâûâàòüñÿ. Îäíàêî, êàê ïîêàçûâàþò íàáëþäåíèÿ (ñì, íàïðèìåð, [100]), ïûëü òàì ïðèñóòñòâóåò. Ïèîíåðñêèå ðàáîòû ïî

Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140

108

ôîðìèðîâàíèþ ïûëè â çâ¼çäíûõ ïîòîêàõ [118, 119] îñíîâûâàëèñü íà ïðåäïîëîæåíèè, ÷òî ãàç, â êîòîðîì ôîðìèðóþòñÿ ãðàíóëû, íàõîäèòñÿ â ñîñòîÿíèè òåïëîâîãî áàëàíñà, òî åñòü ïûëü îáðàçóåòñÿ â ìåäëåííî îõëàæäàþùåìñÿ ãàçå.  ýòîì ñëó÷àå ñîäåðæàíèå ìîëåêóë â âåòðå çàâèñèò òîëüêî îò íà÷àëüíîãî ñîñòàâà ãàçà, îò åãî òåìïåðàòóðû è ïîëíîãî äàâëåíèÿ. Õîòÿ ýòî ïðåäïîëîæåíèå íå ïðèìåíèìî â áîëüøèíñòâå àñòðîôèçè÷åñêèõ óñëîâèé, â êîòîðûõ ôîðìèðóåòñÿ ïûëü, ðàñ÷¼òû äëÿ ñëó÷àÿ òåïëîâîãî áàëàíñà ïîêàçûâàþò, êàêîãî òèïà ìîëåêóëû äîëæíû êîíäåíñèðîâàòüñÿ â ãàçå. Ïðè òåìïåðàòóðå íèæå 2000 K è â äèàïàçîíå äàâëåíèé îò 1 äî 104 äèí/ñì2 òåðìîäèíàìè÷åñêè âûãîäíûì ÿâëÿåòñÿ îáðàçîâàíèå òâ¼ðäîãî óãëåðîäà (ñì. ðèñ. 4.2).

Ðèñ. 4.2: Ôàçîâàÿ äèàãðàììà òåìïåðàòóðà-äàâëåíèå èç ñòàòüè êðèâàÿ îáîçíà÷àåò îáëàñòü ñòàáèëüíîñòè òâ¼ðäîãî óãëåðîäà.

Çàíèìàÿñü

ïðîáëåìàìè

ôîðìèðîâàíèÿ

ïûëè

[119]. Ñïëîøíàÿ

âîêðóã

ãîðÿ÷èõ,

îáåäí¼ííûõ âîäîðîäîì çâ¼çä, Øåðøíåâ è Òèåëåíñ ïðèøëè ê ñëåäóþùèì

Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140

109

âûâîäàì: 1. ìîäåëü òåðìîäèíàìè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ íå ïðèìåíèìà ê âåòðàì WC-çâ¼çä; 2. õèìè÷åñêàÿ ìîäåëü êèíåòèêè îáðàçîâàíèÿ ïûëåâûõ çàðîäûøåé äîëæíà îáúÿñíÿòü ïðèñóòñòâèå àìîðôíîãî óãëåðîäà â âåòðàõ ýòèõ çâ¼çä. Ðàññ÷èòàâ ìîäåëü ôîðìèðîâàíèÿ ïûëè â ñôåðè÷åñêè-ñèììåòðè÷íîì âåòðå îäèíî÷íîé çâåçäû WC9 ñ òèïè÷íûìè ïàðàìåòðàìè äëÿ âåòðà çâ¼çä ýòîãî êëàññà, Øåðøíåâ è Òèåëåíñ ñäåëàëè âûâîä, ÷òî äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ ïûëè íåîáõîäèìà äâóõôàçíàÿ ñòðóêòóðà âåòðà, ïðè÷¼ì ñêà÷îê ïëîòíîñòè ìåæäó ðàçðåæåííîé è ïëîòíîé ôàçàìè äîëæåí ñîñòàâëÿòü 103 − 104 , è áîëåå ïëîòíàÿ ñðåäà äîëæíà áûòü íåéòðàëüíîé.  êà÷åñòâå âîçìîæíîé ìîäåëè, àâòîðû ïðåäëàãàþò äâóõôàçíûé âåòåð WC-çâåçäû, ñîñòîÿùèé èç ñôåðè÷åñêè-ñèììåòðè÷íîãî èîíèçîâàííîãî ðàçðåæåííîãî ïîòîêà è ïëîñêîãî ïëîòíîãî íåéòðàëüíîãî ïîòîêà, êîòîðûé îíè îòîæäåñòâëÿþò ñ ýêâàòîðèàëüíûì äèñêîì [64]. Ñîãëàñíî

[101],

ôîðìèðîâàíèå

ïûëè

è

å¼

ïðîñòðàíñòâåííîå

ðàñïðåäåëåíèå îïðåäåëÿþòñÿ 4 îñíîâíûìè ôàêòîðàìè: 1. èçìåíåíèå ðàññòîÿíèå ìåæäó çâ¼çäàìè âáëèçè ïåðèàñòðà; 2. íåñòàáèëüíîñòè â âåòðå WR-çâåçäû è/èëè íåñòàáèëüíîñòè â çîíå ñòîëêíîâåíèÿ âåòðîâ; 3. âûçâàííûå íåñòàáèëüíîñòÿìè óäàðíûå âîëíû, êîòîðûå ïðèâîäÿò ê ñèëüíûì ôëóêòóàöèÿì òåìïåðàòóðû; 4. äîïîëíèòåëüíîå ïîâûøåíèå ïëîòíîñòè âåòðà WR-çâåçäû [120]. Êîìáèíàöèÿ âñåõ ýòèõ ÷åòûð¼õ ôàêòîðîâ ïðèâîäèò àâòîðîâ ê âåëè÷èíå ïîðÿäêà 103 äëÿ êîíòðàñòà ïëîòíîñòè ìåæäó îáðàçóþùèìèñÿ îáëàêàìè è ðàçðåæåííûì ãàçîì.

Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140

110

4.1.3 Ðàçìåð è òåìïåðàòóðà ïûëèíîê Ðàçìåð ïûëèíîê îöåíèâàþò èç ìîäåëåé. Ñîãëàñíî [26] ðàçìåð

a(graphite) ≈ 3 × 10−6 ñì.  ñòàòüå îòìå÷àåòñÿ, ÷òî åñëè ñ÷èòàòü, ÷òî âåùåñòâî, èñïóùåííîå ñèñòåìîé óãëåðîäíûõ

çàðîäûøåé

HD 193793, ðàñøèðÿåòñÿ èçîòðîïíî äî òîãî ðàäèóñà, íà êîòîðîì íà÷èíàåòñÿ ôîðìèðîâàíèå ïûëè, òîãäà ïëîòíîñòü ñëèøêîì ìàëà, ïðèáëèçèòåëüíî â 104 ðàç ìåíüøå, ÷åì íóæíî äëÿ îáðàçîâàíèÿ ïûëè. Ýòî íåñîîòâåòñòâèå íàâåëî àâòîðîâ íà ìûñëü î íåîáõîäèìîñòè îáðàçîâàíèÿ îáëàêîâ èëè èçâåðæåíèÿ çâåçäîé îòíîñèòåëüíî ïëîòíîãî âåùåñòâà ñ

n ∼ 1012 ñì−3 (åñëè ïûëåâûå çàðîäûøè êîíäåíñèðóþòñÿ è äîðàñòàþò äî ðàçìåðîâ ïîðÿäêà 10−5 ñì). Ñîãëàñíî [105] ïûëèíêà ñ çàðîäûøåì 0.003µm çà âðåìÿ áûñòðîãî ðàñøèðåíèÿ çâ¼çäíîãî âåòðà äîðàñòàåò äî ðàçìåðà íå áîëüøå 0.1 µm. Òàêèì îáðàçîì, ðåçóëüòàòû ðàçíûõ àâòîðîâ, ïîëó÷åííûå â ðàçíîå âðåìÿ (íà çàðå èññëåäîâàíèÿ äàííîé ïðîáëåìû è â íàøè äíè) õîðîøî ñîãëàñóþòñÿ ìåæäó ñîáîé. Ìíîãèå íàáëþäàòåëè îïðåäåëÿëè òåìïåðàòóðó ïûëè çâ¼çä ÂîëüôàÐàéå. Ìîäåëèðîâàíèå äëÿ çâåçäû WR125 [109] äàëî òåìïåðàòóðó ïûëè 673 Ê, à àíàëîãè÷íîå ìîäåëèðîâàíèå äëÿ òîãî æå îáúåêòà íà îñíîâå íàáëþäåíèé 1991.56 ã. äàëî äëÿ âûòÿíóòîé ïî ðàäèóñó ïûëåâîé îáîëî÷êè òåìïåðàòóðó ïûëè íà âíóòðåííåé ãðàíèöå 730 Ê. Äëÿ âíóòðåííåé ãðàíèöû ïûëåâîé îáëàñòè çâåçäû WR 137 òåìïåðàòóðà îêàçàëàñü ðàâíîé 780 K [100]. Íàèáîëüøåå âíèìàíèå ïðèâëåêàëà ê ñåáå ñèñòåìà WR 140. Ñîãëàñíî íàáëþäåíèÿì, òåìïåðàòóðà ïûëè â ýòîé ñèñòåìå ðîñëà îò 450 Ê íà ìîìåíò 1973.40 äî 990 Ê â 1977.42. Íàèëó÷øåå ñîãëàñèå ñ íàáëþäåíèÿìè ïîëó÷èëîñü â ìîäåëè ÈÊâñïûøêè, â êîòîðîé òåìïåðàòóðà íàõîäèòñÿ â èíòåðâàëå îò 600 Ê äî 1000 Ê, à ïîãëîùåíèå ïðîèñõîäèò ïî çàêîíó Kλ ∼

λ−1 . Âðåìåííûå èçìåíåíèÿ òåìïåðàòóðû ïûëè ïîêàçûâàþò, ÷òî ïûëü óäàëÿåòñÿ îò çâåçäû ñ ïîñòîÿííîé ñêîðîñòüþ. Ýêñòðàïîëÿöèÿ ïîêàçàëà, ÷òî âåùåñòâî, â êîòîðîì ñôîðìèðîâàëàñü ïûëü, áûëî èñïóùåíî çâåçäîé â êîíöå 1976 ãîäà [26]. ÈÊ-íàáëþäåíèÿ HD 193793, ïðîâåä¼ííûå â 1978

Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140

111

ãîäó, ïîêàçàëè [121], ÷òî ïûëåâàÿ îáîëî÷êà ñ òåìïåðàòóðû 900 Ê ïî ìåðå ñâîåãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ îõëàäèëàñü äî 810 Ê ê ìàþ è äî 780 Ê ê àâãóñòó 1978 ã. Ïîçäíåå å¼ òåìïåðàòóðó îöåíèâàëè â 1400 Ê [100], à â ñðåäíåì òåìïåðàòóðà ïûëè â ñèñòåìå WR140 ïîðÿäêà 1000 Ê [39].

4.1.4 Ñóùåñòâóþùèå ïðåäñòàâëåíèÿ îá îáðàçîâàíèè ïûëè Êàê

ñëåäóåò

èç

óæå

ñäåëàííîãî

îáçîðà,

ìíîãèå

àâòîðû,

èíòåðåñîâàâøèåñÿ ïðîáëåìîé ôîðìèðîâàíèÿ ïûëè â HD 193793 è äðóãèõ ñèñòåìàõ, îòìå÷àëè, ÷òî äëÿ îáðàçîâàíèÿ ïûëè íóæíû äâà êîìïîíåíòà âåòðà ðàçíîé ïëîòíîñòè, ò.å. âåòåð îò çâ¼çä äîëæåí áûòü äâóõôàçíûì. Âèëüÿìñ è äð. â 1987 ã. [100] èññëåäîâàëè ïðîöåññ ôîðìèðîâàíèÿ ïûëè â çâ¼çäàõ Âîëüôà-Ðàéå, â ÷àñòíîñòè, ñäåëàëè âûâîä î òîì, ÷òî äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ ïûëè íåîáõîäèìî óìåðåííîå óâåëè÷åíèå ïëîòíîñòè è íåêèé ìåõàíèçì (òðèããåð), êîòîðûé áóäåò èíäóöèðîâàòü ýòî óâåëè÷åíèå. Äëÿ ñèñòåìû WR140 è ñõîæèõ ñ íåé àâòîðû ïðåäëàãàëè ñ÷èòàòü ýòèì ìåõàíèçìîì ñòîëêíîâåíèå âåòðîâ èëè òîðìîæåíèå âåòðà äî ñêîðîñòåé ïîðÿäêà 60% îò èõ çíà÷åíèÿ íà áåñêîíå÷íîñòè êàêèì-òî íåèçâåñòíûì ïðîöåññîì, ïðîèñõîäÿùèì òàì, ãäå ôîðìèðóþòñÿ ñìåù¼ííûå â ñèíþþ ñòîðîíó ëèíèè ïîãëîùåíèÿ Fe III, âèäèìûå â ñïåêòðàõ íåêîòîðûõ çâ¼çä òèïà WC9 (íàïðèìåð, WR 69 è WR 103). Ïîçäíåå, â 1990 ãîäó, Âèëüÿìñ ñ ñîàâòîðàìè ïðåäëîæèëè äâà òèïà ìîäåëåé îáðàçîâàíèÿ îêîëîçâ¼çäíîé ïûëè [39]. Ê ïåðâîìó òèïó îíè îòíåñëè èçîòåðìè÷åñêóþ ìîäåëü, â êîòîðîé âñå ïûëèíêè èìåþò îäèíàêîâóþ òåìïåðàòóðó, òàê êàê ðàñïîëîæåíû íà îäèíàêîâîì ðàññòîÿíèè îò çâåçäû. Òàêèå ïûëèíêè äîëæíû êîíäåíñèðîâàòüñÿ äîñòàòî÷íî áûñòðî è íà äîâîëüíî áëèçêîì ðàññòîÿíèè îò çâåçäû. Âòîðîé òèï ìîäåëåé  ýòî êîãäà ïîñòîÿííàÿ ïûëåâàÿ îáîëî÷êà ïåðèîäè÷åñêè ïîïîëíÿåòñÿ êîíäåíñàöèÿìè èç âåòðà, êîòîðûé âûíîñèò ïûëèíêè èç çâ¼çä, â êîòîðûõ îíè ñôîðìèðîâàëèñü. Òàêîé òèï îáîëî÷åê äîëæåí èìåòü çàìåòíóþ ïðîòÿæ¼ííîñòü âäîëü ðàäèóñà  íåñêîëüêî òûñÿ÷ çâ¼çäíûõ ðàäèóñîâ  è ïûëèíêè

Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140

112

èìåþò çíà÷èòåëüíûé ðàçìåð è òåìïåðàòóðó. Ìîäåëè òàêîãî òèïà ðàññìàòðèâàëèñü â [100] äëÿ ïîñòîÿííûõ îêîëîçâ¼çäíûõ îáîëî÷åê ìíîãèõ WC810 çâ¼çä.  êàæäîì ñëó÷àå òåìïåðàòóðà ïûëèíîê îïðåäåëÿåòñÿ èç óñëîâèÿ èõ òåïëîâîãî áàëàíñà è ïîëÿ ðàäèàöèè.  ðàìêàõ ìîäåëè îáðàçîâàíèÿ ðàäèàëüíî ðàñøèðÿþùèõñÿ ïûëåâûõ îáîëî÷åê áûëî ïîëó÷åíî, ÷òî âî âðåìÿ âñïûøêè 1985 ãîäà â WR 140 ôîðìèðîâàíèå ïûëè ïðîèçîøëî íà ðàññòîÿíèè rd ≈ 2.3 × 1015 ñì îò çâåçäû [39]. Ñîãëàñíî îöåíêå îæèäàåìîé çàäåðæêè ôîðìèðîâàíèÿ ïûëè ïî ñðàâíåíèþ ñ ìîìåíòîì ïðîõîæäåíèÿ ïåðèàñòðà, ïûëü â äàííîé ñèñòåìå ôîðìèðóåòñÿ íà ðàññòîÿíèè ïîðÿäêà 150 AU [101]. Àâòîðû [122] îòìå÷àëè, ÷òî íàëè÷èå ÈÊâñïûøåê âáëèçè ìîìåíòà ïðîõîæäåíèÿ ïåðèàñòðà ïðåäïîëàãàåò êàêóþ-òî ïðèëèâíóþ àêòèâíîñòü, êîòîðàÿ ñëóæèò òðèããåðîì. Îíè óêàçûâàþò, êàê âîçìîæíûå, òðè ïðîöåññà, îòäàâàÿ ïðåäïî÷òåíèå ïåðâîìó: 1) ñòîëêíîâåíèå âåòðîâ îò WC 7 è O4 5 çâ¼çä, êîòîðîå ïðè áîëüøîì ýêñöåíòðèñèòåòå îðáèòû èãðàåò â ïåðèàñòðå íàìíîãî áîëüøóþ ðîëü, ÷åì â àïîàñòðå; 2) óñèëåíèå àêêðåöèè âåòðà çâåçäû WC 7 íåéòðîííîé çâåçäîé, êîòîðàÿ îáðàùàåòñÿ ïî îðáèòå âîêðóã WC 7 ñ ïåðèîäîì 6.25 äíåé; 3) óñèëåííîå âçàèìîäåéñòâèå çâ¼çäíûõ ìàãíèòíûõ ïîëåé â ïåðèàñòðå. Øåðøíåâ è Òèåëåíñ [64], àíàëèçèðóÿ ðåçóëüòàòû ðàñ÷¼òîâ õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé ïî îáðàçîâàíèþ ïûëè â óãëåðîäíîé çâåçäå Âîëüôà-Ðàéå òèïà WC9 ïðèøëè ê âûâîäó, ÷òî îïèðàÿñü íà íàáëþäåíèÿ â ïðåäïîëîæåíèè ñôåðè÷åñêèñèììåòðè÷íîãî îäíîðîäíîãî ïîòîêà âåùåñòâà îò çâåçäû ïûëü ñôîðìèðîâàòü íåâîçìîæíî. Åñëè ïðèíÿòü, ÷òî ïóòè ôîðìèðîâàíèÿ ïûëè õîðîøî èçó÷åíû, à ñêîðîñòè ñîîòâåòñòâóþùèõ õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé îïðåäåëåíû, òî äëÿ îáðàçîâàíèÿ ïûëè íóæíû áîëüøèå ïëîòíîñòè, ïðè÷¼ì ñêà÷îê ïëîòíîñòåé äîëæåí ñîñòàâëÿòü 103 − 104 . Àâòîðû ñ÷èòàþò âîçìîæíûì òàêîé ñöåíàðèé: äâóõêîìïîíåíòíûé âåòåð îò WC-çâåçäû, îäèí èç êîìïîíåíòîâ äîñòàòî÷íî ïëîòíûé, ñîñòîÿùèé èç íåéòðàëüíîãî âåùåñòâà, ñêîíöåíòðèðîâàííîãî â ïëîñêîñòè (îíè íàçûâàþò åãî ýêâàòîðèàëüíûì äèñêîì), à äðóãîé êîìïîíåíò ÿâëÿåòñÿ ñôåðè÷åñêèì, íèçêîé ïëîòíîñòè è ñîñòîèò èç èîíèçîâàííîãî âåùåñòâà.

Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140

113

 1991 ãîäó Óñîâ [123] ïðåäëîæèë ìîäåëü íàêîïëåíèÿ ãàçà â ëîáîâîé òî÷êå.  ñèëó ìåäëåííîãî îòòîêà èç ëîáîâîé òî÷êè ãàç óñïåâàåò âûñâåòèòüñÿ äî òåìïåðàòóðû îêîëî 10000 Ê, ïîñëå ÷åãî îí ñæèìàåòñÿ íàòåêàþùèì ãîðÿ÷èì ãàçîì. Äàëüíåéøåå îõëàæäåíèå ãàçà äî òåìïåðàòóðû îáðàçîâàíèÿ ïûëè è åãî çàùèòà îò èîíèçóþùåãî èçëó÷åíèÿ çâ¼çä ñèñòåìû àâòîðîì íå ðàññìàòðèâàëèñü. Îáîáùàÿ èíôîðìàöèþ ïî ìîäåëÿì ìîæíî ñêàçàòü, ÷òî ïðàêòè÷åñêè âñå îíè ïðåäïîëàãàþò äâóõôàçíîñòü âåòðà ñ êîíòðàñòîì ïëîòíîñòè äî 103 − 104 ; ìîäåëèðîâàíèå âîçìîæíûõ ïóòåé ôîðìèðîâàíèÿ ïûëè ïðèâîäèò ê âûâîäó, ÷òî ïûëü îáðàçóåòñÿ íà íåéòðàëüíîì óãëåðîäå; ïûëü ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé àìîðôíûé óãëåðîä; òåìïåðàòóðà ïûëèíîê â ñðåäíåì

∼ 1000 K. Ìîäåëè èçëîæåíû, ãëàâíûì îáðàçîì, íà ïîëóêîëè÷åñòâåííîì óðîâíå. Ïîäðîáíûå ðàñ÷¼òû ïðèâåäåíû â ìîäåëè Óñîâà, íî áåç ó÷¼òà ïîëÿ èçëó÷åíèÿ OB-çâåçäû, à òàêæå ñèëû Êîðèîëèñà, êîòîðàÿ ñïîñîáñòâóåò îòòîêó âåùåñòâà èç ëîáîâîé òî÷êè è, òåì ñàìûì, óìåíüøàåò âåðîÿòíîñòü âûñâå÷èâàíèÿ.  1995 ãîäó Ìàðòèí Êîõåí ñäåëàë îáçîð íàáëþäåíèé IRAS ñ öåëüþ ïîèñêà WC-çâ¼çä ïîçäíèõ êëàññîâ ñ ïûëüþ [124]. Îí ïîëó÷èë, ÷òî ñâåòèìîñòè îäèíî÷íûõ è äâîéíûõ çâ¼çä Âîëüôà-Ðàéå ïðèáëèçèòåëüíî îäèíàêîâû, èëè äàæå îäèíî÷íûå íåìíîãî ÿð÷å. Èíôðàêðàñíîå èçëó÷åíèå îäèíî÷íûõ çâ¼çä òèïà Âîëüôà-Ðàéå ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îòäåëüíóþ ïðîáëåìó, êîòîðîé â äàííîé ðàáîòå ìû êàñàòüñÿ íå áóäåì.  çàêëþ÷åíèå åù¼ ðàç ñôîðìóëèðóåì äâà, íà íàø âçãëÿä, îñíîâíûõ âîïðîñà, íà êîòîðûå äîëæíà îòâåòèòü ìîäåëü ôîðìèðîâàíèÿ ïûëè â äâîéíûõ ñèñòåìàõ ñ ãîðÿ÷èìè êîìïîíåíòàìè, à òàêæå åù¼ îäèí äëÿ WR140, êîòîðûé äîáàâëÿåòñÿ â ñèëó å¼ îñîáåííîñòåé. 1. Êîìïîíåíòû äâîéíîé ñèñòåìû î÷åíü ãîðÿ÷èå. Ýôôåêòèâíàÿ òåìïåðàòóðà OBêîìïîíåíòà ñèñòåìû WR140 ñîñòàâëÿåò ïîðÿäêà 43 000 Ê [39]. Òåìïåðàòóðà WCêîìïîíåíòà ýòîé ñèñòåìû ïîêà íå îïðåäåëåíà ñ äîñòàòî÷íîé òî÷íîñòüþ, ñîãëàñíî ðàçíûì àâòîðàì åå âåëè÷èíà ëåæèò â äèàïàçîíå îò 19 000 äî 40 000 Ê. Òàêèå ãîðÿ÷èå

Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140

114

çâ¼çäû î÷åíü ýôôåêòèâíî íàãðåâàþò è èîíèçóþò îêðóæàþùèé ãàç. 2. Ñêîðîñòè èñòå÷åíèÿ çâ¼çäíûõ âåòðîâ î÷åíü âåëèêè, ïîðÿäêà 3000 êì/ñ, ïîýòîìó òåìïåðàòóðà çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû äîñòèãàåò

íåñêîëüêèõ

ñîòåí

ìèëëèîíîâ

ãðàäóñîâ.

Ïóò¼ì

âûñâå÷èâàíèÿ ãàç îõëàæäàåòñÿ äî òåìïåðàòóð T ≈10 000 Ê. Íî åãî îñòûâàíèå äî òåìïåðàòóðû êîíäåíñàöèè ïûëè ∼ 1000 Ê, çàòðóäíåíî, òàê êàê çàïðåù¼ííûå ïåðåõîäû ñ íèçêîâîçáóæä¼ííûõ ìåòàñòàáèëüíûõ óðîâíåé ïðè ïëîòíîñòè âûøå 106 ñì−3 ïîäàâëÿþòñÿ ïóò¼ì äåàêòèâàöèè ýëåêòðîííûì óäàðîì. 3.  ñëó÷àå WR140 íåîáõîäèìî îáúÿñíèòü âðåìåííóþ çàäåðæêó ïîðÿäêà

äâóõòð¼õ

ìåñÿöåâ

ìàêñèìóìà

ÈÊèçëó÷åíèÿ

ïî

îòíîøåíèþ ê ìîìåíòó ïðîõîæäåíèÿ ïåðèàñòðà. Ñóììèðóåì èäåè è ðåçóëüòàòû ïðåäûäóùèõ àâòîðîâ, êàñàþùèåñÿ èíòåðïðåòàöèè ÈÊèçëó÷åíèÿ ïûëè â WR+O äâîéíûõ ñèñòåìàõ. 1. Âåòåð WCêîìïîíåíòà ñèñòåìû äâóõôàçíûé, îí âêëþ÷àåò â ñåáÿ ðàçðåæåííîãî è ïëîòíîãî êîìïîíåíòà. 2. Êîíòðàñò ïëîòíîñòè ðàçðåæåííîãî è ïëîòíîãî êîìïîíåíòîâ âåòðà ñîñòàâëÿåò 103 − 104 . 3. Ïûëü îáðàçóåòñÿ â òåõ îáëàñòÿõ âåòðà, ãäå óãëåðîä íàõîäèòñÿ â íåéòðàëüíîé ôîðìå. 4. Òåìïåðàòóðà ïûëè îêîëî 1000 K è ìåíÿåòñÿ ïî ìåðå óäàëåíèÿ îò çâ¼çä. Íèæå ìû ðàññìîòðèì ìîäåëü, êîòîðàÿ ó÷èòûâàåò âñå ïåðå÷èñëåííûå îñîáåííîñòè ðàññìàòðèâàåìûõ ñèñòåì, à òàêæå äà¼ò êîíêðåòíîå ñîäåðæàíèå ïðåäëîæåííûì èäåÿì.

Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140

115

4.2 Îáúÿñíåíèå ôîðìèðîâàíèÿ ïûëè â ìîäåëè ñòîëêíîâåíèÿ îáëàêîâ Öåíòðàëüíûì âîïðîñîì â ïðîáëåìå îáðàçîâàíèÿ ïûëè ÿâëÿåòñÿ ïåðåõîä óãëåðîäà èç èîíèçîâàííîãî â íåéòðàëüíîå ñîñòîÿíèå.  óñëîâèÿõ æ¼ñòêîãî èçëó÷åíèÿ ÿðêèõ ãîðÿ÷èõ êîìïîíåíòîâ äâîéíîé ñèñòåìû ýòîò ïðîöåññ íàèáîëåå òðóäíî îáúÿñíèì, è åìó ìû óäåëèì íàèáîëüøåå

âíèìàíèå.

Ïîñëå

ïîÿâëåíèÿ

äîñòàòî÷íî

áîëüøîãî

êîëè÷åñòâà íåéòðàëüíîãî óãëåðîäà ñîáñòâåííî êîíäåíñàöèÿ ïûëè íå ïðåäñòàâëÿåò ïðèíöèïèàëüíûõ çàòðóäíåíèé. Êàê ìû óâèäèì, îíà ìîæåò ïðîèñõîäèòü â ïëîòíûõ îáëàñòÿõ îáëàêîâ îò WC-çâåçäû, ãäå ñîäåðæàíèå óãëåðîäà çíà÷èòåëüíî ïðåâûøàåò êîñìè÷åñêîå. Â

ðàìêàõ

íàøåé

Êîëè÷åñòâåííûå

ìîäåëè

àñïåêòû

ïðåäëîæèì

ìîäåëè

ñëåäóþùèé

ïîäðîáíî

ñöåíàðèé.

ðàññìîòðåíû

äàëåå.

Ïðîèñõîäèò ñòîëêíîâåíèå îáëàêîâ, â êîòîðûõ ãåíåðèðóþòñÿ óäàðíûå

B

SWR

COB

cold

dust

CWR

SOB

Ðèñ. 4.3: Îáëàñòü îáðàçîâàíèÿ ïûëè ïðè ñòîëêíîâåíèè îáëàêîâ.

âîëíû. Òåìïåðàòóðà çà ôðîíòîì ïîäíèìàåòñÿ äî ñîòåí ìèëëèîíîâ ãðàäóñîâ. ż òî÷íîå çíà÷åíèå çàâèñèò îò îòíîñèòåëüíîé ñêîðîñòè îáëàêîâ è îò ìîëåêóëÿðíîãî âåñà ñîîòâåòñòâóþùåãî îáëàêà. Ïî ïðåäïîëîæåíèþ, ïîçàäè êàæäîãî ôðîíòà ïðîèñõîäèò âûñâå÷èâàíèå è ãàç èçîáàðè÷åñêè îõëàæäàåòñÿ äî òåìïåðàòóðû îêîëî 10 000 Ê. Ïûëü, ñîãëàñíî ñêàçàííîìó âûøå, îáðàçóåòñÿ â îáëàêå îò WCçâåçäû. Ïëîòíîñòü âåùåñòâà îáëàêîâ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû ïîäíèìàåòñÿ íà 34 ïîðÿäêà è äàæå â WC îáëàêå ìîæåò äîñòèãàòü 1015 ñì−3 . Ýòî ÷èñëî ïîëó÷àåòñÿ èç ñëåäóþùèõ

Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140

116

ñîîáðàæåíèé. Ñîãëàñíî ìîäåëè, îáëàêî ïîëó÷àåòñÿ â ðåçóëüòàòå îòðûâà îò çâåçäû êóñî÷êà å¼ ôîòîñôåðû. Ïëîòíîñòü ãàçà ôîòîñôåðû ãîðÿ÷åé çâåçäû ñîñòàâëÿåò îêîëî 1015 ñì−3 [73]. Âî âðåìÿ ïðîë¼òà äî ãðàíèöû ñòîëêíîâåíèÿ îáëàêî ðàñøèðÿåòñÿ è åãî ïëîòíîñòü ïàäàåò. Îáëàêî îò çâåçäû òèïà Âîëüôà-Ðàéå â ìîìåíò ïåðèàñòðà äîëæíî ïðîëåòåòü äî ãðàíèöû ñòîëêíîâåíèÿ îêîëî 2 à.å. ≈ 3 · 1013 ñì. Ïðè ñêîðîñòè 3000 êì/ñ íà ýòî ó íåãî óõîäèò îêîëî 105 ñ. Ñêîðîñòü ðàñøèðåíèÿ îáëàêà, ñîñòîÿùåãî â îñíîâíîì èç ãåëèÿ, ïðèìåì ðàâíîé 10 êì/ñ. Çà âðåìÿ ïîë¼òà îáëàêà äî ãðàíèöû ñòîëêíîâåíèÿ åãî ðàäèóñ óâåëè÷èòñÿ ïðèìåðíî äî 1011 ñì, èëè â äåñÿòü ðàç, åñëè ïåðâîíà÷àëüíûé ðàäèóñ ðàâåí

1010 ñì. Òàêèì îáðàçîì, ïëîòíîñòü îáëàêà óìåíüøàåòñÿ ïðèìåðíî íà òðè ïîðÿäêà. Íî, êàê óæå áûëî ñêàçàíî, âî âðåìÿ âûñâå÷èâàíèÿ îáëàêî ñòàíîâèòñÿ ïëîòíåå íà 34 ïîðÿäêà, îòêóäà è ñëåäóåò íàøà îöåíêà ïëîòíîñòè.  ðåçóëüòàòå ñòîëêíîâåíèÿ è ïîñëåäóþùåãî âûñâå÷èâàíèÿ îáðàçóåòñÿ ñîñòàâíîå îáëàêî, êîòîðîå ïðîäîëæàåò äâèæåíèå ñ íåêîòîðîé ñêîðîñòüþ, óäàëÿÿñü îò çâ¼çä ñèñòåìû. Ïî ôîðìå ýòî îáëàêî ñóùåñòâåííî àíèçîòðîïíî: åãî òîëùèíà â íàïðàâëåíèè ñòîëêíîâåíèÿ ñóùåñòâåííî ìåíüøå (ïðèáëèçèòåëüíî íà 3 ïîðÿäêà), ÷åì åãî ïåðâîíà÷àëüíûå ðàçìåðû. Åñëè ïåðåä ñòîëêíîâåíèåì ðàçìåðû îáëàêà áûëè ïîðÿäêà d =

1011 ñì, òî ïîñëå ñòîëêíîâåíèÿ â íàïðàâëåíèè, ïåðïåíäèêóëÿðíîì åìó, îíè ïðèáëèçèòåëüíî ðàâíû l = 108 ñì. Óäàëÿÿñü îò çâ¼çä, îáëàêî ðàñøèðÿåòñÿ, ïðè÷¼ì âñëåäñòâèå åãî ñèëüíîé àíèçîòðîïèè ðàñøèðåíèå èìååò ïðåèìóùåñòâåííî îäíîìåðíûé õàðàêòåð: ïðè îäèíàêîâîé ñêîðîñòè ðàñøèðåíèÿ îáëàêà âî âñå ñòîðîíû îòíîñèòåëüíîå óâåëè÷åíèå åãî ðàçìåðîâ â íàïðàâëåíèè, ïåðïåíäèêóëÿðíîì ñòîëêíîâåíèþ, ñóùåñòâåííî áîëüøå, ÷åì âäîëü ãðàíèöû ñòîëêíîâåíèÿ. Êàê ìû óáåäèìñÿ íèæå, èìåííî ïðè îäíîìåðíîì ðàñøèðåíèè ïîÿâëÿþòñÿ óñëîâèÿ äëÿ àäèàáàòè÷åñêîãî îõëàæäåíèÿ. Òåìïåðàòóðà ãàçà ïðîäîëæàåò óìåíüøàòüñÿ, à êîãäà îíà äîñòèãàåò çíà÷åíèé ïîðÿäêà 1000 Ê, íà÷èíàåòñÿ êîíäåíñàöèÿ ïûëè. Îáðàçîâàíèå

Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140

117

ïûëè èä¼ò äî òåõ ïîð, ïîêà ðàñøèðåíèå îñòà¼òñÿ îäíîìåðíûì. Ïîñòåïåííî ðàçìåðû îáëàêà ñòàíîâÿòñÿ ïðèáëèçèòåëüíî îäèíàêîâûìè âî âñåõ íàïðàâëåíèÿõ, ïîñëå ÷åãî åãî ðàñøèðåíèå ñòàíîâèòñÿ èçîòðîïíûì. Ñ íà÷àëîì èçîòðîïíîãî ðàñøèðåíèÿ îáëàêî ïðîñâåòëÿåòñÿ, ïûëü â í¼ì íàãðåâàåòñÿ è íà÷èíàåò ñâåòèòü ÿð÷å, íå ðàçðóøàÿñü. Ýòîò ìîìåíò ìû îòîæäåñòâëÿåì ñ íàáëþäàåìîé âñïûøêîé èíôðàêðàñíîãî èçëó÷åíèÿ. Ïîäêðåïèì äàííûé ñöåíàðèé ÷èñëåííûìè îöåíêàìè.

4.2.1 Âåðõíÿÿ îöåíêà ìàññû ïûëè Ñíà÷àëà ïîëó÷èì âåðõíþþ îöåíêó ìàññû óãëåðîäà, íàõîäÿùåãîñÿ â ñôåðå ñ öåíòðîì â WCçâåçäå è ðàäèóñîì, ðàâíûì ðàññòîÿíèþ îò WC çâåçäû äî ìåñòà îáðàçîâàíèÿ ïûëè. Ïûëü ôîðìèðóåòñÿ íà ðàññòîÿíèè

l ∼ 1015 ñì [101]. Ñêîðîñòü âåòðà îò WCçâåçäû ðàâíà vWC = 2860 êì/ñ, òåìï ïîòåðè ìàññû  M˙ WC = 5, 7 · 10−5 M¯ /ãîä, ñîäåðæàíèå óãëåðîäà ïî ÷èñëó ÷àñòèö  0.05 [39]. Ìàññà âåùåñòâà, êîòîðîå òåðÿåò WCçâåçäà â ñôåðå ðàäèóñîì l: l = 6.32 · 10−6 M¯ = 1.26 · 1028 ã . Mâåù = M˙ WC · vWC Ïðèíèìàåì, ÷òî â âåòðå WCçâåçäû ïî ÷èñëó ÷àñòèö ñîäåðæèòñÿ 0.9 ãåëèÿ è ïî 0.05 âîäîðîäà è óãëåðîäà. Ñëåäîâàòåëüíî, óãëåðîäà ïî ìàññå â îáîëî÷êå ñîäåðæèòñÿ

MC = Mâåù ·

0.05 · 12.011 = Mâåù · 0, 14. 0.9 · 4.002 + (1.008 + 12.011) · 0.05

Îòñþäà

MC = 8, 9 · 10−7 M¯ = 1, 78 · 1027 ã . Íàøè îöåíêè ñõîäÿòñÿ ñ îöåíêàìè äðóãèõ àâòîðîâ. Ñîãëàñíî [25] ìàññà óãëåðîäíîé ïûëåâîé îáîëî÷êè ñîñòàâëÿåò 7 · 10−5 M¯ .  ïðåäïîëîæåíèè, ÷òî ïûëü ñîñòîèò èç ãðàôèòà, ìàññà ïûëåâîé îáîëî÷êè ïîëó÷èëàñü ïîðÿäêà 10−6 M¯ [26]. Èíòåðïðåòàöèÿ äàííûõ ÈÊ íàáëþäåíèé 198587 ãã. â ðàìêàõ èçîòåðìè÷åñêîé è ðàäèàëüíîé ìîäåëåé äàëà ìàññó ïûëåâîé îáîëî÷êè â îáåèõ ìîäåëÿõ ïîðÿäêà 10−8 M¯ [39]. Óñîâ [123] îöåíèë ìàññó ôîðìèðóþùåéñÿ ïûëè êàê 2.8 · 10−8 M¯ .

Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140

118

4.2.2 Ñîñòîÿíèå èîíèçàöèè îáëàêîâ Íåîáõîäèìûì óñëîâèåì îõëàæäåíèÿ ãàçà äî òåìïåðàòóðû, ïðè êîòîðîé âîçìîæíî îáðàçîâàíèå ïûëè, ÿâëÿåòñÿ çàùèòà îáëàñòè dust

îò

èîíèçóþùåãî

èçëó÷åíèÿ

îáîèõ

êîìïîíåíòîâ

ñèñòåìû.

Ïîçàäè ôðîíòà óäàðíîé âîëíû îòíîøåíèå òåìïîâ âûñâå÷èâàíèÿ è ðåêîìáèíàöèè çàâèñèò îò ìãíîâåííîãî çíà÷åíèÿ òåìïåðàòóðû ãàçà Tg . Åñëè 5 · 105 K > Tg > 5 · 103 K, òî ñíà÷àëà îáðàçóåòñÿ õîëîäíûé ñëîé èîíèçîâàííîãî ãàçà è òîëüêî ïîòîì ïðîèñõîäèò ðåêîìáèíàöèÿ [49], êîòîðîé ìîæåò ïîìåøàòü èçëó÷åíèå çâ¼çä. Ìû ïîëàãàåì, ÷òî ÎÂ-çâåçäà ýêðàíèðóåòñÿ õîëîäíîé îáëàñòüþ cold, îáðàçóþùåéñÿ â îáëàêå COB îò çâåçäû OB (ñì. ðèñ. 4.3), ãäå, ïî-âèäèìîìó, ñîõðàíèëàñü áîëåå âûñîêàÿ ïëîòíîñòü âñëåäñòâèå îòíîñèòåëüíî ìàëîãî âðåìåíè ïðîë¼òà äî ñòîëêíîâåíèÿ. Èçëó÷åíèå âòîðîãî êîìïîíåíòà çíà÷èòåëüíî ñëàáåå. Äåéñòâèòåëüíî, ãðàíèöà ñòîëêíîâåíèÿ âåòðîâ, ñîãëàñíî ïðèâåä¼ííûì âûøå ñâåäåíèÿì î ñèñòåìå, ïðèìåðíî â 5.3 ðàçà áëèæå ê ÎÂ, ÷åì ê WRçâåçäå, ïîýòîìó èçëó÷åíèå ïîñëåäíåé äèëþòèðîâàíî â 28 ðàç ñèëüíåå. Êðîìå òîãî, ñâåòèìîñòü Πçâåçäû ïðèìåðíî âòðîå âûøå [39]. Ñëåäîâàòåëüíî, âêëàä êîìïîíåíòà WR â èîíèçóþùåå èçëó÷åíèå ñîñòàâëÿåò âñåãî îêîëî îäíîãî ïðîöåíòà. Åãî èçëó÷åíèå ìîæåò çàäåðæàòü è ïðèíàäëåæàùèé îáëàêó CWR âåòðà WR çâåçäû ìåíåå ïëîòíûé ãàç. Ïåðåéä¼ì

ê

êîëè÷åñòâåííûì

ðàñ÷¼òàì.

Ñíà÷àëà

ðàññìîòðèì

ñîñòîÿíèå èîíèçàöèè âîäîðîäà. Ðàñ÷¼òû âûïîëíèì äëÿ óñëîâèé â îáëàêå îò OBçâåçäû, òàê êàê îíî ïëîòíåå WRîáëàêà è, ñëåäîâàòåëüíî, ëó÷øå çàùèùàåò ãàç îò èîíèçóþùåãî èçëó÷åíèÿ. Åñëè âîäîðîä âíóòðè îáëàêà ñòàíîâèòñÿ ïðàêòè÷åñêè íåéòðàëüíûì, òî òàì ìîãóò âîçíèêíóòü óñëîâèÿ äëÿ ðåêîìáèíàöèè óãëåðîäà.  ñðåäå èîíèçîâàííîãî âîäîðîäà íåéòðàëüíûé óãëåðîä, êîíå÷íî, íå îáðàçóåòñÿ. Ñîãëàñíî ñêàçàííîìó âûøå, âåëè÷èíó òåìïåðàòóðû ãàçà Tg â ðàññìàòðèâàåìîé îáëàñòè ïðèìåì ðàâíîé TH ≈ 5 · 103 K. Íåòî÷íîñòü â îïðåäåëåíèè TH , êàê ìû óâèäèì, íå âëèÿåò íà îñíîâíûå âûâîäû. Îáîçíà÷èì ÷åðåç y îòíîñèòåëüíóþ

Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140

119

êîíöåíòðàöèþ íåéòðàëüíîãî âîäîðîäà, òî åñòü, îòíîøåíèå n(HI)/n(H). Ïðè íèçêèõ çíà÷åíèÿõ TH ìîæíî ïðåíåáðå÷ü èîíèçàöèåé ýëåêòðîííûì óäàðîì, è â ýòîì ñëó÷àå ñïðàâåäëèâà ìîäèôèöèðîâàííàÿ ôîðìóëà Ñàõà [125]

(1 − y)2 = A exp(−τ ) , (4.1) y ãäå τ  îïòè÷åñêàÿ ãëóáèíà äëÿ ïîðîãîâûõ êâàíòîâ, à ìíîæèòåëü A íå çàâèñèò îò τ :

gi A=p w ga

r

¶ µ Tg 2 (2πmkT∗ )3/2 J . exp − T∗ nh3 kT∗

(4.2)

Êðîìå Tg è ïîëíîé ïëîòíîñòè n ÷èñëà ÷àñòèö ðàññìàòðèâàåìîãî õèìè÷åñêîãî ýëåìåíòà, â íåãî âõîäÿò êîýôôèöèåíò äèëþöèè w, òåìïåðàòóðà çâåçäû T∗ è àòîìíûå ïàðàìåòðû: ïîòåíöèàë èîíèçàöèè J , äîëÿ p ðåêîìáèíàöèé íà ïåðâûé óðîâåíü, à òàêæå ñòàòèñòè÷åñêèå âåñà èîíà gi è àòîìà ga . Îöåíèì

ñîñòîÿíèå

èîíèçàöèè

âîäîðîäà

íà

ãðàíèöå

îáëàêà,

îáðàù¼ííîé ê ÎÂçâåçäå. Íàïîìíèì íåîáõîäèìûå ïàðàìåòðû ñèñòåìû: áîëüøàÿ ïîëóîñü îðáèòû a = 14.7 à.å., ýêñöåíòðèñèòåò ε = 0.84, ýôôåêòèâíàÿ òåìïåðàòóðà ÎÂçâåçäû TOB ðàâíà 44000 Ê, à å¼ ðàäèóñ

ROB = 12R¯ . Äåñÿòè÷íûé ëîãàðèôì áîëîìåòðè÷åñêîé ñâåòèìîñòè â ñîëíå÷íûõ åäèíèöàõ ðàâåí 5.65 è 5.2 äëÿ ÎÂ- è WR-çâåçäû ñîîòâåòñòâåííî. Ñâåäåíèÿ îá ýôôåêòèâíîé òåìïåðàòóðå è î ðàäèóñå WCêîìïîíåíòà ñèñòåìû ìåíåå îïðåäåë¼ííûå; ñîãëàñíî [126, 127], ìû èõ ïðèìåì ðàâíûìè 43000 Ê è 7R¯ .  ñèëó ñêàçàííîãî âûøå î ðîëè äâóõ çâ¼çä â èîíèçàöèè îáëàêà, îøèáêè â ïàðàìåòðàõ çâåçäû ÂîëüôàÐàéå íå ìîãóò êà÷åñòâåííî èçìåíèòü ðåçóëüòàò. Âûïîëíèì ðàñ÷¼òû äëÿ ëîáîâîé òî÷êè â ïåðèàñòðå. ż ðàññòîÿíèå îò ÎÂçâåçäû ðàâíî rs = 5, 54 · 1012 ñì, ÷åìó ñîîòâåòñòâóåò êîýôôèöèåíò äèëþöèè w = 5, 6 · 10−3 . ×èñëåííîå çíà÷åíèå A èç (4.2) ïðè òàêîì âûáîðå ïàðàìåòðîâ ïîëó÷àåòñÿ ðàâíûì

1, 2 · 1018 A≈ . n

(4.3)

Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140

Ïëîòíîñòü

120

ãàçà

n îïðåäåëèì ñëåäóþùèì îáðàçîì. Ñîãëàñíî ïðåäëîæåííîé íàìè ìîäåëè äâóõôàçíîãî âåòðà â ãëàâàõ 1 è 3 äëÿ íåâîçìóù¼ííîãî ãàçà îáëàêà ðàçóìíîé ÿâëÿåòñÿ îöåíêà n ≈ 1012 ñì−3 . Ïëîòíîñòü ðàññìàòðèâàåìîé îáëàñòè cold, êîíå÷íî, çíà÷èòåëüíî âûøå. Ïîñëå ÷åòûð¼õêðàòíîãî óïëîòíåíèÿ íà ôðîíòå ïðîèñõîäèò èçîáàðè÷åñêîå

âûñâå÷èâàíèå

îò

òåìïåðàòóðû

ïîðÿäêà 3 · 108 K

äî 5000 Ê.  ðåçóëüòàòå ïëîòíîñòü ìîæåò óâåëè÷èòüñÿ ïðèìåðíî â 2 · 105 ðàç. Íî ýòî  âåðõíèé ïðåäåë, òàê êàê ñ íåêîòîðîãî ìîìåíòà äàâëåíèå âûñâå÷èâàþùåãîñÿ ãàçà íà÷èíàåò îïðåäåëÿòüñÿ ìàãíèòíûì ïîëåì è ðîñò ïëîòíîñòè ïðåêðàùàåòñÿ. Åñëè ëèíèè èíäóêöèè íàïðàâëåíû ïàðàëëåëüíî ïëîñêîìó ôðîíòó, òî ìàãíèòíîå äàâëåíèå ðàñò¼ò ïðîïîðöèîíàëüíî êâàäðàòó ïëîòíîñòè. Íàïðèìåð, ïðè íàïðÿæ¼ííîñòè íåâîçìóù¼ííîãî ïîëÿ 10 Ý ïåðåõîä ê èçîõîðè÷åñêîìó ðåæèìó ïðîèñõîäèò, êîãäà òåìïåðàòóðà óïàä¼ò ïðèáëèçèòåëüíî â òûñÿ÷ó ðàç.  ñèëó ñêàçàííîãî ïîëîæèì n ðàâíûì 1015 ñì−3 . Òàêîìó çíà÷åíèþ

n îòâå÷àåò î÷åíü áîëüøàÿ âåëè÷èíà ïðàâîé ÷àñòè (4.2), ÷òî îçíà÷àåò ïðàêòè÷åñêè ïîëíóþ èîíèçàöèþ âîäîðîäà. Ýòîò ðåçóëüòàò îñòà¼òñÿ ïðè ëþáûõ ðàçóìíûõ ïðåäïîëîæåíèÿõ î ïëîòíîñòè îáëàêîâ. Èòàê, âîäîðîä ìîæåò ðåêîìáèíèðîâàòü òîëüêî âíóòðè îáëàêà. Âû÷èñëèì òîëùèíó ñëîÿ, âíóòðè êîòîðîãî âîäîðîä ïåðåõîäèò â íåéòðàëüíîå ñîñòîÿíèå. Ïðèðàùåíèå îïòè÷åñêîé ãëóáèíû ðàâíî

dτ = τb yds.

(4.4)

Çäåñü s  áåçðàçìåðíîå ðàññòîÿíèå îò ãðàíèöû, âûðàæåííîå â åäèíèöàõ òîëùèíû îáëàêà L. Ïàðàìåòð τb ðàâåí ïðîèçâåäåíèþ

τb = σLn,

(4.5)

â êîòîðîì σ  ïîðîãîâîå ñå÷åíèå ôîòîèîíèçàöèè. Ìû îãðàíè÷èâàåìñÿ òîëüêî êâàíòàìè âáëèçè ïîðîãà èîíèçàöèè è íå ðàññìàòðèâàåì ïîëíûé ñïåêòð èçëó÷åíèÿ çâåçäû ïî ñëåäóþùåé ïðè÷èíå. Ñå÷åíèå ôîòîèîíèçàöèè âîäîðîäà áûñòðî óìåíüøàåòñÿ ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ ýíåðãèè êâàíòîâ. Ïîýòîìó êâàíòû, ýíåðãèÿ êîòîðûõ ñóùåñòâåííî

Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140

121

ïðåâûøàåò ïîðîã èîíèçàöèè, ìîãóò äàâàòü çàìåòíûé âêëàä â ñêîðîñòü ôîòîèîíèçàöèè òîëüêî â òîì ñëó÷àå, åñëè ñïåêòð èçëó÷åíèÿ ðàñò¼ò â ñòîðîíó áîëüøèõ ÷àñòîò. Íî òåìïåðàòóðà ÎÂçâåçäû íåäîñòàòî÷íî âåëèêà, è ïîðîã èîíèçàöèè âîäîðîäà 13,6 ý íå ïðèõîäèòñÿ íà âèíîâñêóþ îáëàñòü ñïåêòðà. Ïîýòîìó ïîðîãîâûå êâàíòû äàþò îñíîâíîé âêëàä â ñêîðîñòü ôîòîèîíèçàöèè. Ñîâìåñòíîå ðåøåíèå óðàâíåíèé (4.1) è (4.4) ïîçâîëÿåò íàéòè àíàëèòè÷åñêîå âûðàæåíèå äëÿ τ êàê íåÿâíîé ôóíêöèè s: µ ¶ µ ¶ ¢ A¡ A A −τ −τ τb s = τ + 1−e + C − Cτ − ln 1 + + C + ln 1 + e + Cτ . 2 2 2

(4.6)

Çäåñü ââåäåíû îáîçíà÷åíèÿ r µ ¶ A2 A −τ −τ C = A+ , Cτ = Ae 1+ e . 4 4 Ïðè èçâåñòíîì τ âåëè÷èíà y ïîëó÷àåòñÿ èç (4.1):

y=z−

p

z2 − 1 , z =

A −τ e +1 . 2

 èíòåðåñóþùåì íàñ ñëó÷àå, êîãäà τ À 1 è A À 1, ôîðìóëà (4.6) äîïóñêàåò óïðîùåíèå. Ïåðâîå óñëîâèå ïîçâîëÿåò ïðåíåáðå÷ü Cτ ïî ñðàâíåíèþ ñ C , à òàêæå ïîñëåäíèì ñëàãàåìûì â ïðàâîé ÷àñòè ïî ñðàâíåíèþ ñ ïðåäïîñëåäíèì. Èç A À 1 ñëåäóåò C ≈ A/2 è ¡ ¢ ln 1 + A2 + C ≈ ln A.  ðåçóëüòàòå (4.6) ñâîäèòñÿ ê

τb s ≈ A + τ − ln A. Ïîäñòàâëÿÿ ñþäà (4.1) è ðåøàÿ ïîëó÷åííîå êâàäðàòíîå óðàâíåíèå, ïîëó÷àåì ÿâíîå âûðàæåíèå y êàê ôóíêöèè τ0 , A è s:

y =1−

1 2

1 q +

1 4

+

1 G

, ãäå G = exp(A − τb s) .

(4.7)

Ñîñòîÿíèå èîíèçàöèè îïðåäåëÿåòñÿ ïàðàìåòðîì q = A/(τb s). Ïðè åãî áîëüøèõ çíà÷åíèÿõ âîäîðîä ñèëüíî èîíèçîâàí: y ≈ G1 , à ïðè ìàëûõ  √ ïðàêòè÷åñêè íåéòðàëåí: y ≈ 1 − G. Çäåñü ìû ó÷ëè, ÷òî G âåëèêî èëè ìàëî âìåñòå ñ q .

Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140

122

Ïðèìåíèì ïîëó÷åííûé ðåçóëüòàò ê îáëàêàì â ðåàëüíûõ äâîéíûõ ñèñòåìàõ. Ïðè àíàëèçå ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ â ãëàâå 3 ìû óáåäèëèñü, ÷òî ïðè ñòîëêíîâåíèè ìîãóò âûñâå÷èâàòüñÿ òîëüêî òàêèå îáëàêà, â êîòîðûõ ïîãîííîå ÷èñëî ÷àñòèö N = nL ïðåâûøàåò îïðåäåë¼ííóþ âåëè÷èíó Ω ≈ 7 · 1022 ñì−2 . Çàïèøåì âûðàæåíèå äëÿ N â ñëåäóþùåé ôîðìå:

N = j · Ω,

(4.8)

îñòàâëÿÿ ïîêà ìíîæèòåëü j > 1 ñâîáîäíûì ïàðàìåòðîì. Îòñþäà ñëåäóåò

τb ≈ 4 · 105 j . Ñîãëàñíî (4.3), èíòåðâàëó ïëîòíîñòåé 14 < lg n < 16 ñîîòâåòñòâóåò äèàïàçîí âîçìîæíûõ çíà÷åíèé A îò 100 äî 10000. Òàêèì îáðàçîì, â âûñâå÷èâàþùèõñÿ îáëàêàõ óñëîâèå q ¿ 1 âûïîëíåíî, è â íèõ ñóùåñòâóåò äîñòàòî÷íî ïðîòÿæ¼ííàÿ îáëàñòü íåéòðàëüíîãî âîäîðîäà. Î÷åâèäíî, ÷òî ïîëó÷åííûé ðåçóëüòàò ñïðàâåäëèâ ïðè ëþáûõ ðàçóìíûõ çíà÷åíèÿõ TH . Èòàê, ó íàñ åñòü îñíîâàíèÿ äëÿ ïîñòàíîâêè âîïðîñà îá îáëàñòè îáðàçîâàíèÿ íåéòðàëüíîãî óãëåðîäà.

4.2.3 Ðåêîìáèíàöèÿ óãëåðîäà Ïåðåéä¼ì ê àíàëèçó ñîñòîÿíèÿ èîíèçàöèè óãëåðîäà. Òàê êàê íàñ èíòåðåñóåò îáëàñòü, â êîòîðîé âîçìîæíî îáðàçîâàíèå ïûëè, òî âåëè÷èíó

Tg ïðèìåì ðàâíîé TC = 1000 K. Ñòîëü íèçêîå çíà÷åíèå òåìïåðàòóðû âðÿä ëè ïîëó÷èòñÿ â ðåçóëüòàòå âûñâå÷èâàíèÿ, òàê êàê ïðè T < TH ðàäèàöèîííîå îõëàæäåíèå ïëîòíîãî (ne > 103 ñì−3 ) ïîëóïðîçðà÷íîãî ãàçà âåñüìà çàòðóäíåíî. Íî ïîñëå ïðîõîæäåíèÿ óäàðíîé âîëíû ïî âñåìó îáëàêó íà÷èíàåòñÿ åãî ðàñøèðåíèå ïîä äåéñòâèåì äàâëåíèÿ. Ðàñøèðåíèå ñîïðîâîæäàåòñÿ àäèàáàòè÷åñêèì îõëàæäåíèåì è íåîáõîäèìîå ïàäåíèå òåìïåðàòóðû ïðîèñõîäèò óæå ïðè äâóêðàòíîì óâåëè÷åíèè ðàçìåðà îáëàêà. Íèæå ìû óáåäèìñÿ, ÷òî êàê è â ðàññìîòðåííîé âûøå çàäà÷å î âîäîðîäå, êîíêðåòíîå çíà÷åíèå Tg êà÷åñòâåííî íå âëèÿåò íà ðåçóëüòàò.  îáñóæäàåìîé îáëàñòè âîäîðîä ïî ïðåäïîëîæåíèþ èîíèçîâàí ñòîëü ñëàáî, ÷òî ðîëü äîíîðîâ ýëåêòðîíîâ âûïîëíÿþò äðóãèå õèìè÷åñêèå ýëåìåíòû. Äëÿ íàøèõ öåëåé äîñòàòî÷íî ó÷èòûâàòü âêëàä òîëüêî

Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140

123

óãëåðîäà, ïîäñòàâëÿÿ â (4.2) âìåñòî n ïðîèçâåäåíèå nC = ZC n, ãäå

ZC ≈ 3 · 10−4  îòíîñèòåëüíîå ñîäåðæàíèå óãëåðîäà ïî ÷èñëó ÷àñòèö.  ñàìîì äåëå, èñêëþ÷åíèå äðóãèõ õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ, òàêèõ êàê æåëåçî è ìàãíèé, ïðèâîäèò ê çàíèæåííîìó çíà÷åíèþ ne . Ñëåäîâàòåëüíî, ìû çàâûøàåì ñòåïåíü èîíèçàöèè óãëåðîäà xC òàì, ãäå îíà ìàëà è ñóùåñòâåííà ðîëü äðóãèõ ýëåìåíòîâ. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî åñëè (4.1) è (4.2) ïðèâîäÿò ê ìàëûì çíà÷åíèÿì xC , òî â äåéñòâèòåëüíîñòè îíà åù¼ íèæå. Òàêèì îáðàçîì, çàêëþ÷åíèå î íèçêîé ñòåïåíè èîíèçàöèè óãëåðîäà áóäåò âïîëíå äîñòîâåðíûì. Ñêîðîñòè

äèýëåêòðîííîé

ðåêîìáèíàöèè,

à

òàêæå

èîíèçàöèè

ýëåêòðîííûì óäàðîì ïðè Tg = 1000 K ïðåíåáðåæèìî ìàëû. Íåîáõîäèìî ñäåëàòü îãîâîðêó, ÷òî ñïåêòð èçëó÷åíèÿ, èîíèçóþùåãî óãëåðîä, óæå íå ÿâëÿåòñÿ ÷åðíîòåëüíûì èç-çà ïîãëîùåíèÿ ðàñïîëîæåííûìè áëèæå ê çâåçäå àòîìàìè âîäîðîäà. Ñòðîãî ãîâîðÿ, ýòî îãðàíè÷èâàåò ïðèìåíèìîñòü (4.1) è (4.2). Íî îñíîâíîé âêëàä â ñêîðîñòü ôîòîèîíèçàöèè äàþò ïîðîãîâûå êâàíòû, êîòîðûå âîäîðîä ïðîïóñêàåò áåñïðåïÿòñòâåííî. Ïîýòîìó èñïîëüçîâàíèå (4.1) è (4.2) çäåñü îïðàâäàíî. Ïîäñòàâèâ â (4.2) ÷èñëåííûå çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ óãëåðîäà (ga =

9, gi = 6, J = 11.26 ýÂ) è nC = 1015 × 3 · 10−4 = 3 · 1011 ñì−3 , ïîëó÷àåì A = 2.1·106 . Ïîðîãîâîå ñå÷åíèå ôîòîèîíèçàöèè óãëåðîäà ðàâíî 1.2 · 10−17 ñì2 [128], îòêóäà ïðè ïîãîííîé ïëîòíîñòè âîäîðîäà (4.8) äëÿ îáëàêà îò ÎÂçâåçäû ñëåäóåò τb = 2.5 · 102 è q ≈ 104 .  îáëàêå îò çâåçäû Âîëüôà-Ðàéå âåëè÷èíà Ω îïðåäåëÿåòñÿ ãåëèåì, à ñîäåðæàíèå óãëåðîäà â í¼ì ìîæíî ïðèíÿòü ðàâíûì 0.05, îòêóäà τb ≈ 4 · 104 è q ≈ 2 · 102 . Ñëåäîâàòåëüíî, ïðè âñåõ ðàçóìíûõ ïðåäïîëîæåíèÿõ î âåëè÷èíå Tg îáëàñòü íåéòðàëüíîãî óãëåðîäà îòñóòñòâóåò, åñëè îáëàêî íàõîäèòñÿ âáëèçè ëîáîâîé òî÷êè. Èòàê, îáëàñòü íåéòðàëüíîãî óãëåðîäà åñëè è ìîæåò ïîÿâèòüñÿ, òî ëèøü ïðè óäàëåíèè îáëàêà îò ãîðÿ÷èõ çâ¼çä. Íî óäàëåíèå ñàìî ïî ñåáå åù¼ íå ðåøàåò ïðîáëåìó.  ñàìîì äåëå, õîòÿ ïàðàìåòð q äëÿ óãëåðîäà è óâåëè÷èâàåòñÿ çà ñ÷¼ò ôàêòîðà äèëþöèè ïðè óäàëåíèè îáëàêà îò ãîðÿ÷èõ çâ¼çä, íî ïðè ýòîì íàäî ó÷åñòü ðîñò ñòåïåíè èîíèçàöèè çà ñ÷¼ò

Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140

124

óìåíüøåíèÿ ïëîòíîñòè âî âðåìÿ ðàñøèðåíèÿ îáëàêà. Êàê ñëåäóåò èç (4.2)

q∝

w , n

(4.9)

âåëè÷èíà q ïðîïîðöèîíàëüíà êîýôôèöèåíòó äèëþöèè è îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíà ïëîòíîñòè. Çäåñü âàæíóþ ðîëü èãðàåò õàðàêòåð çàâèñèìîñòè n(r), êîòîðûé âî ìíîãîì îïðåäåëÿåòñÿ ãåîìåòðèåé îáëàêà. Íàïðèìåð, ïðè èçîòðîïíîì ðàñøèðåíèè îáëàêà åãî ïëîòíîñòü îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíà êóáó ðàäèóñà. Òîãäà ïîëó÷àåòñÿ ïàðàäîêñàëüíûé, íà ïåðâûé âçãëÿä, ðåçóëüòàò, ÷òî óäàëåíèå îáëàêà îò çâåçäû ïðèâîäèò òîëüêî ê óñèëåíèþ åãî ñîñòîÿíèÿ èîíèçàöèè. Ñóùåñòâåííî,

÷òî

ïîñëå

âûñâå÷èâàíèÿ

îáëàêî

ïðèíèìàåò

àíèçîòðîïíóþ ôîðìó: åãî òîëùèíà l â íàïðàâëåíèè ñòîëêíîâåíèÿ ñòàíîâèòñÿ çíà÷èòåëüíî ìåíüøå ïåðâîíà÷àëüíîãî ðàçìåðà d. Äëÿ îïðåäåë¼ííîñòè ïðèìåì d = 1011 ñì è l = 108 ñì. Ñêîðîñòü ðàñøèðåíèÿ

ve îñòûâøåãî îáëàêà ïîëîæèì ðàâíîé 105 ñì/ñ.  òå÷åíèå ïðîìåæóòêà âðåìåíè ∆t ≤ d/ve = 106 c ðàñøèðåíèå îáëàêà áóäåò ïðàêòè÷åñêè îäíîìåðíûì.

Ïðè

òàêîì

àíèçîòðîïíîì

ðàñøèðåíèè

ïëîòíîñòü

óìåíüøàåòñÿ îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíî âñåãî ïåðâîé ñòåïåíè ðàññòîÿíèÿ,

n ∝ 1/r. Ñîãëàñíî (4.9), ïàðàìåòð q óìåíüøàåòñÿ ïî ìåðå óäàëåíèÿ îò çâåçäû  q ∝ 1/r  è ñòåïåíü èîíèçàöèè óãëåðîäà ïàäàåò. Îáëàêî ïðè ýòîì óäàëÿåòñÿ íà ðàññòîÿíèå rd ïîðÿäêà 3 · 1014 ñì, â 55 ðàç ïðåâûøàþùåå rs , ò.å. ïàðàìåòð q äëÿ îáëàêà ñ j = 1 ïîëó÷àåòñÿ ðàâíûì ÷åòûð¼ì. Òàêèì îáðàçîì, îáëàêî, òî÷íî óäîâëåòâîðÿþùåå êðèòåðèþ âûñâå÷èâàíèÿ j = 1, ïî-âèäèìîìó, âñåãäà áóäåò èîíèçîâàíî èçëó÷åíèåì ÎÂçâåçäû. Íî â îáëàêå ñ j = 10 óãëåðîä óæå óñïåâàåò ïåðåéòè â íåéòðàëüíîå ñîñòîÿíèå. Ìû áóäåì ïðåäïîëàãàòü, ÷òî òàêèå îáëàêà ñóùåñòâóþò, òàê êàê óñëîâèå j ≥ 10 íå ïðåäñòàâëÿåòñÿ ÷ðåçìåðíûì. Òàêèì îáðàçîì, ïåðåõîä óãëåðîäà èç îäíîêðàòíî èîíèçîâàííîãî â àòîìàðíîå ñîñòîÿíèå ïîëó÷àåòñÿ âîçìîæíûì âñëåäñòâèå àíèçîòðîïíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ ïëîòíîñòè âíóòðè îáëàêà ïîñëå âûñâå÷èâàíèÿ çà ôðîíòîì óäàðíîé âîëíû. Òåïåðü ìû ìîæåì ïåðåéòè ê âîïðîñó ñîáñòâåííî îáðàçîâàíèÿ ïûëè.

Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140

125

4.2.4 Îáðàçîâàíèå ïûëè è å¼ âûæèâàíèå â ïîëå èçëó÷åíèÿ çâåçäû Êîíäåíñàöèÿ ïûëè äîëæíà íà÷àòüñÿ ñ íåêîòîðîé çàäåðæêîé, òàê êàê òðåáóåòñÿ îïðåäåë¼ííîå âðåìÿ íà óäàëåíèå îáëàêà îò ãîðÿ÷èõ çâ¼çä è íà ðîñò ïûëèíîê ïîñëå ðåêîìáèíàöèè óãëåðîäà. Ðàññòîÿíèå, ðàâíîå rd , îáëàêî ñî ñêîðîñòüþ îêîëî 3 · 108 ñì/ñ ïðîõîäèò ïðèìåðíî çà 106 ñ. Ïîñëå îáðàçîâàíèÿ îáëàñòè íåéòðàëüíîãî óãëåðîäà âíóòðè îáëàêà ïîÿâëÿåòñÿ çàùèòà îò èîíèçóþùåãî èçëó÷åíèÿ, è òîãäà îäíîìåðíîå ðàñøèðåíèå îáëàêà ñîïðîâîæäàåòñÿ àäèàáàòè÷åñêèì îõëàæäåíèåì. Äëÿ óìåíüøåíèÿ òåìïåðàòóðû íà ïîðÿäîê âåëè÷èíû äîñòàòî÷íî òðèäöàòèêðàòíîãî óìåíüøåíèÿ ïëîòíîñòè, ÷òî ëåãêî äîñòèãàåòñÿ ïðè ðàñøèðåíèè îáëàêà. Ïîýòîìó ìû ìîæåì ïîëàãàòü, ÷òî îáðàçîâàíèå îáëàñòè íåéòðàëüíîãî óãëåðîäà

ñîïðîâîæäàåòñÿ

âîçíèêíîâåíèåì

óñëîâèé,

ïðè

êîòîðûõ

ïîÿâëåíèå ïûëè ÿâëÿåòñÿ òåðìîäèíàìè÷åñêè âûãîäíûì. Òåïåðü íàäî îöåíèòü ñêîðîñòü êîíäåíñàöèè ïûëèíîê.  îñòûâøåì ïðè àäèàáàòè÷åñêîì ðàñøèðåíèè ãàçå íà÷èíàåòñÿ ïðîöåññ ïðèëèïàíèÿ àòîìîâ è ìîëåêóë ê öåíòðàì êîíäåíñàöèè áóäóùèõ ïûëèíîê. Äëÿ îöåíêè òåìïà óâåëè÷åíèÿ ðàäèóñà ïûëèíêè âîñïîëüçóåìñÿ ïðîñòîé ôîðìóëîé [74]:

da ρC vT = . (4.10) dt 2δ Çäåñü δ ≈ 0.5 ã/ñì3  óäåëüíàÿ ïëîòíîñòü âåùåñòâà ïûëèíîê, vT ≈ 5 · 104 ñì/ñ  òåïëîâàÿ ñêîðîñòü àòîìîâ óãëåðîäà, ρC  ïëîòíîñòü óãëåðîäà. Ïîñëåäíþþ âåëè÷èíó ìû îöåíèì ñëåäóþùèì îáðàçîì. Ñîãëàñíî ïðèâåä¼ííûì âûøå îöåíêàì, ïîãîííóþ ïëîòíîñòü ÷èñëà ÷àñòèö îáëàêà N ïðèìåì ðàâíîé 10Ω = 7 · 1023 ñì−2 . Åñëè îáëàêî ñîñòîèò â îñíîâíîì èç ãåëèÿ, òî åãî ïîãîííàÿ ïëîòíîñòü ðàâíà 4.6 ã/ñì2 , à ðàçìåðó îáëàêà äî ñòîëêíîâåíèÿ 1011 ñì è ñîäåðæàíèþ óãëåðîäà ïî ÷èñëó ÷àñòèö ZC = 0.05 ñîîòâåòñòâóåò ïëîòíîñòü íåâîçìóù¼ííîãî óãëåðîäà 6.9 · 10−12 ã/ñì3 . Äàëåå ñëåäóþò äâà ïðîöåññà, ñòðåìÿùèåñÿ êîìïåíñèðîâàòü äðóã äðóãà: ñæàòèå âûñâå÷èâàþùåãîñÿ ãàçà ïîçàäè ôðîíòà è åãî ïîñëåäóþùåå ðàñøèðåíèå. Íàñ èíòåðåñóåò ñåé÷àñ îêîí÷àíèå

Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140

126

ôàçû îäíîìåðíîãî ðàñøèðåíèÿ. Ìîæíî ïðèíÿòü, ÷òî â ýòîò ìîìåíò ïëîòíîñòü óãëåðîäà ïî êðàéíåé ìåðå ïðåâûøàåò ρC = 10−12 ã/ñì3 . Òîãäà èç (4.10) ïîëó÷àåì îöåíêó da/dt ≈ 5 · 10−8 ñì/ñ. Íàïðèìåð, ðàäèóñ

a ≈ 5 · 10−5 ñì äîñòèãàåòñÿ ïðèìåðíî çà 103 ñåê.

4.2.5 Ñòàäèÿ íàãðåâà ïûëè Ïîñëå òîãî, êàê ðàçìåðû îáëàêà ñòàíîâÿòñÿ ïðèìåðíî îäèíàêîâûìè ïî âñåì íàïðàâëåíèÿì, íàñòóïàåò íîâàÿ ôàçà ýâîëþöèè ïûëåâîãî îáëàêà: ïûëü íàãðåâàåòñÿ. Äåéñòâèòåëüíî, ïëîòíîñòü îáëàêà ïðè èçîòðîïíîì ðàñøèðåíèè íà÷èíàåò çàâèñåòü îò r êàê 1/r3 .  ðåçóëüòàòå ïàðàìåòð

q íà÷èíàåò óâåëè÷èâàòüñÿ ïðîïîðöèîíàëüíî r, îáëàêî ïðîñâåòëÿåòñÿ, ñëåãêà èîíèçóåòñÿ, íàãðåâàåòñÿ è âíîâü îáðàçîâàííàÿ ïûëü íà÷èíàåò ñâåòèòüñÿ ÿð÷å, ïðè÷¼ì, êàê ìû óâèäèì íèæå, ðàçðóøåíèÿ ïûëè íå ïðîèñõîäèò. Ïðè j = 10 ïðîñâåòëåíèå îáëàêà íàñòóïàåò, êîãäà ðàäèóñ îáëàêà óâåëè÷èâàåòñÿ ïðèìåðíî âäâîå, íà ÷òî óõîäèò ïðèìåðíî 106 ñåê. Çà ýòîò ïðîìåæóòîê âðåìåíè îáëàêî óäàëèòñÿ åù¼ íà 3 · 1014 ñì è â ðåçóëüòàòå êîýôôèöèåíò äèëþöèè óìåíüøàåòñÿ äî 5 · 10−7 . Òåïåðü óáåäèìñÿ, ÷òî ïðîñâåòëåíèå îáëàêà äëÿ èîíèçóþùåãî èçëó÷åíèÿ çâåçäû çäåñü íå ïðèâîäèò ê ðàçðóøåíèþ ïûëè. Äëÿ ýòîãî îïðåäåëèì òåìïåðàòóðó ïûëè. ż ìîæíî îöåíèòü èç óñëîâèÿ ðàâåíñòâà òåìïîâ íàãðåâà 4 Wa ≈ πa2 σTOB we−τ

è îõëàæäåíèÿ

28 2 3 c (kTg )5 Wc = π a 24.9κ 0 , 4 3 (hc) ïðè÷¼ì ìû ïðåäïîëàãàåì íàëè÷èå íàèáîëåå æ¼ñòêèõ äëÿ âûæèâàíèÿ ïûëè óñëîâèé, êîãäà çàùèòà îò èîíèçóþùåãî èçëó÷åíèÿ ïîëíîñòüþ îòñóòñòâóåò. Ìíèìóþ ÷àñòü ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ κ 0 ïðèìåì ðàâíîé

0.05

[74],

à

ðàäèóñ

ïûëèíêè

âîçüì¼ì (1 − 5) · 10−5 ñì.

Îïòè÷åñêàÿ ãëóáèíà â ðàññìàòðèâàåìûé ïðîìåæóòîê âðåìåíè ðàâíà ïðèìåðíî

åäèíèöå.

Ïîäñòàâëÿÿ

ïðèíÿòûå

çíà÷åíèÿ

ïàðàìåòðîâ

Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140

â

óðàâíåíèå

ïûëè:

127

áàëàíñà

Wa = Wc , ïîëó÷àåì îöåíêó òåìïåðàòóðû Tg ≈ (1 − 1.4)103 K. Ýòîò äèàïàçîí òåìïåðàòóð ÿâëÿåòñÿ

òåðìîäèíàìè÷åñêè âûãîäíûì äëÿ îáðàçîâàíèÿ ïûëè, â ñèëó ÷åãî íàãðåòàÿ ïûëü äåéñòâèòåëüíî íå ðàçðóøàåòñÿ.

4.3 Äèñêóññèÿ Íàø ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè êîíêðåòèçèðóåò ïðèâåä¼ííûå âûøå ìûñëè äðóãèõ àâòîðîâ î äâóõôàçíîì âåòðå è î íåîáõîäèìîñòè áûñòðîãî óäàëåíèÿ ïëîòíûõ õîëîäíûõ îáëàñòåé âåòðà îò âîçáóæäàþùèõ çâ¼çä. Âñå ïðîöåññû, íåîáõîäèìûå äëÿ êîíäåíñàöèè ïûëåâûõ ÷àñòèö â óñëîâèÿõ áûñòðîãî âåòðà è ìîùíîãî ïîëÿ èçëó÷åíèÿ, åñòåñòâåííî ïðîèñõîäÿò ïðè ñòîëêíîâåíèè îáëàêîâ è ïîñëåäóþùåì èõ äâèæåíèè ïðî÷ü îò ãîðÿ÷èõ çâ¼çä. Ïîêàçàíî, ÷òî â ðàìêàõ îäíîé ìîäåëè ìîæíî îáúÿñíèòü íå òîëüêî îñîáåííîñòè ðåíòãåíîâñêîãî ñïåêòðà ñèñòåìû WR140, íî è å¼ ÈÊèçëó÷åíèå. Íàøè ðåçóëüòàòû âû÷èñëåíèé êîíòðàñòà ïëîòíîñòè, çàäåðæêè ÈÊâñïûøêè ïî âðåìåíè, òåìïåðàòóðû îáëàñòè, â êîòîðîé ôîðìèðóåòñÿ ïûëü è å¼ õèìè÷åñêèé ñîñòàâà õîðîøî ñîãëàñóþòñÿ êàê ñ íàáëþäàòåëüíûìè äàííûìè ðàçëè÷íûõ àâòîðîâ, òàê è ñ îöåíêàìè, ñäåëàííûìè ðàíåå. Íàø ïîäõîä âûãîäíî îòëè÷àåòñÿ îò ìîäåëè, ãäå ðàññìàòðèâàåòñÿ òîëüêî ðàçðåæåííûé êîìïîíåíò. Ýòà ìîäåëü âñòðå÷àåòñÿ ñ òðóäíîñòÿìè îõëàæäåíèÿ ãàçà íèæå òåìïåðàòóðû 104 K, à òàêæå ñ íåîáõîäèìîñòüþ çàùèòû àòîìîâ óãëåðîäà îò èîíèçóþùåãî èçëó÷åíèÿ ÎÂçâåçäû. Êàê ìû óáåäèëèñü âûøå, äëÿ ïðåîäîëåíèÿ îáåèõ òðóäíîñòåé îêàçàëàñü âåñüìà ïîëåçíîé ãèïîòåçà ñòîëêíîâåíèÿ îáëàêîâ. Ê òîìó æå îòòîê ãàçà îò ëîáîâîé òî÷êè ìîæåò áûòü óñêîðåí íå ó÷ò¼ííîé â [123] ñèëîé Êîðèîëèñà, âêëàä êîòîðîé âáëèçè ïåðèàñòðà ñèñòåìû W140 äîñòèãàåò 6%. Òàêèì îáðàçîì, èíôðàêðàñíîå èçëó÷åíèå ïûëè â øèðîêèõ äâîéíûõ ñèñòåìàõ, òèïà WR140, ÿâëÿåòñÿ åù¼ îäíèì êîñâåííûì ñâèäåòåëüñòâîì â ïîëüçó ìîäåëè äâóõôàçíîãî âåòðà îò ãîðÿ÷èõ çâ¼çä.

Çàêëþ÷åíèå  çàêëþ÷åíèå åù¼ ðàç îòìåòèì îñíîâíûå ðåçóëüòàòû, ïîëó÷åííûå àâòîðîì â äèññåðòàöèè.

• Äëÿ äâîéíûõ ñèñòåì ñ WR è O-êîìïîíåíòàìè âïåðâûå ïðåäëîæåíà ìîäåëü ñòîëêíîâåíèÿ äâóõôàçíûõ çâ¼çäíûõ âåòðîâ, ñîñòîÿùèõ èç ïëîòíûõ êîìïàêòíûõ îáëàêîâ è ðàçðåæåííîãî êîìïîíåíòà.

• Ïîñòðîåíà ìîäåëü ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ äâîéíîé ñèñòåìû HD 193793, êîòîðàÿ âïåðâûå ó÷èòûâàåò ðîëü êàê ðàçðåæåííîãî, òàê è îáëà÷íîãî êîìïîíåíòà çâ¼çäíûõ âåòðîâ.  ðàìêàõ ýòîé ìîäåëè âïåðâûå óäàëîñü îáúÿñíèòü òîò ôàêò, ÷òî íàáëþäàåìàÿ ðåíòãåíîâñêàÿ ñâåòèìîñòü äàííîé ñèñòåìû ïðàêòè÷åñêè ïîñòîÿííà è íå çàâèñèò îò ôàç îðáèòàëüíîãî ïåðèîäà, íåñìîòðÿ íà áîëüøóþ âûòÿíóòîñòü îðáèòû.

•  ðàìêàõ ìîäåëè ñòîëêíîâåíèÿ äâóõôàçíûõ çâ¼çäíûõ âåòðîâ âïåðâûå îáúÿñí¼í ôàêò îáðàçîâàíèÿ ïûëè â äâîéíîé ñèñòåìå HD 193793 è å¼ âûæèâàíèÿ â ïîëå èîíèçóþùåãî èçëó÷åíèÿ çâåçäû. Òàêæå âïåðâûå îáúÿñíåíî ÿâëåíèå çàäåðæêè ÈÊâñïûøêè â òå÷åíèå íåñêîëüêèõ ìåñÿöåâ ïîñëå ìîìåíòà ïåðèàñòðà.

• Âïåðâûå èññëåäîâàíî ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðà òîðìîçíîãî èçëó÷åíèÿ ðàäèàòèâíîé óäàðíîé âîëíû ïðè îäíîâðåìåííîì ó÷¼òå ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîäíîñòè, îáìåíà ýíåðãèåé ìåæäó èîíàìè è ýëåêòðîíàìè, à òàêæå âûñâå÷èâàíèÿ ïðè ñâîáîäíîñâîáîäíûõ ïåðåõîäàõ. Ðàñ÷¼òû ïðîâîäèëèñü äëÿ óñëîâèé, òèïè÷íûõ äëÿ ñòàëêèâàþùèõñÿ çâ¼çäíûõ âåòðîâ îò ãîðÿ÷èõ çâ¼çä. 128

Ãëàâà 4. Ñöåíàðèé îáðàçîâàíèÿ ïûëè â WRêîìïîíåíòå ñèñòåìû WR140

129

• Äëÿ óñëîâèé ñòàëêèâàþùèõñÿ âåòðîâ âïåðâûå èññëåäîâàíî âëèÿíèå ôîòîèîíèçàöèè íà ñâå÷åíèå íàòåêàþùåãî ãàçà â ëèíèÿõ âîäîðîäî è ãåëèåïîäîáíûõ èîíîâ æåëåçà. Ïîêàçàíî, ÷òî ôîòîèîíèçàöèÿ ïðèâîäèò ê ñóùåñòâåííîìó óìåíüøåíèþ çàâèñèìîñòè èíòåíñèâíîñòè ëèíåé÷àòîãî èçëó÷åíèÿ îò ñêîðîñòè ôðîíòà. Îñîáåííî îòìåòèì, ÷òî âïåðâûå ïðåäëîæåííàÿ â äèññåðòàöèè ìîäåëü ñòîëêíîâåíèÿ äâóõôàçíûõ çâ¼çäíûõ âåòðîâ â ñèñòåìàõ ñ WR è Oêîìïîíåíòàìè â íàñòîÿùåå âðåìÿ ÿâëÿåòñÿ åäèíñòâåííîé, êîòîðàÿ ïîçâîëÿåò îáúÿñíèòü íàáëþäàåìûå îñîáåííîñòè ðåíòãåíîâñêîãî è èíôðàêðàñíîãî èçëó÷åíèÿ ñèñòåìû WR140. Àêòóàëüíîñòü îïèñàííîé ìîäåëè ïîäòâåðæäàåòñÿ åù¼ è òåì, ÷òî â ïîñëåäíåå âðåìÿ ïîÿâëÿåòñÿ âñ¼ áîëüøå íàáëþäåíèé, ïîäòâåðæäàþùèõ íàëè÷èå îáëàêîâ â âåòðàõ çâ¼çä Âîëüôà-Ðàéå (ñì. Ââåäåíèå). Àâòîð íàäååòñÿ, ÷òî ýòîò òðóä, ïîòðåáîâàâøèé òåðïåíèÿ âñåõ, êòî æäàë åãî çàâåðøåíèÿ, âíåñ¼ò ñâîé âêëàä â ðàçâèòèå çâ¼çäíîé àñòðîôèçèêè è íå îñòàíåòñÿ áåç âíèìàíèÿ òåõ, êòî çàíèìàåòñÿ ñõîæèìè âîïðîñàìè.

Ëèòåðàòóðà [1] Ôèçèêà êîñìîñà (ìàëåíüêàÿ ýíöèêëîïåäèÿ). Ïîä ðåä. Ð.À.Ñþíÿåâà, Ìîñêâà, Ñîâåòñêàÿ ýíöèêëîïåäèÿ, 1986. [2] ×åðåïàùóê À.Ì. Îáùèå íàáëþäàòåëüíûå îñîáåííîñòè çâ¼çä Âîëüôà-Ðàéå.// Çâ¼çäû òèïà Âîëüôà-Ðàéå è ðîäñòâåííûå èì îáúåêòû. Ïîä ðåä. Ò. Íóãèñà è È. Ïóñòûëüíèêà, Ñ. 79, Òàëëèí, 1988. [3] Íóãèñ Ò. Ïàðàìåòðû îäèíî÷íûõ çâ¼çä òèïà Âîëüôà-Ðàéå.//Çâ¼çäû òèïà Âîëüôà-Ðàéå è ðîäñòâåííûå èì îáúåêòû. Ïîä ðåä. Ò. Íóãèñà è È. Ïóñòûëüíèêà, Ñ. 1038, Òàëëèí, 1988. [4] Moat A.F.J., Lamontagne R., Shara M.M., McAlister H.A. On WolfRayet stars with unshifted absorption lines.//AJ, vol. 91, p. 13921399, 1986. [5] Conti P.S., Garmany C.D., de Loor C. and Vanbeveren D. The Evolution of the Massive Stars: the Numbers and Distribution of O Stars and Wolf-Rayet Sarts.// ApJ, vol. 274, p. 302312, 1983. [6] Lundstrem I. and Stenholm B. Wolf-Rayet stars in open clusters and associations.// Astron. Astrophys. Suppl. Vol. 58, p. 163192, 1984. [7] Willis A.J. Properties of Wolf-Rayet stars from X-ray to radio data.//Wolf-Rayet Phenomena in Massive Stars and Starburst Galaxies. Proceedings IAU Symposium No 193. K.A. van der Hucht, G. Koenigsberger and P.R.J. Eenens, eds. P.112, 1999.

130

Ëèòåðàòóðà

131

[8] Òóòóêîâ À.Â., Þíãåëüñîí Ë.Ð. Î íà÷àëüíûõ ìàññàõ çâ¼çä, ïðåâðàùàþùèõñÿ â çâ¼çäû Âîëüôà-Ðàéå.//Àñòðîí. æóðí. 1985. Ò.62. Ñ.604. [9] W.-R. Hamann and L. Koesterke. Spectrum formation in clumped stellar winds: consequences for the analyses of Wolf-Rayet spectra.//Astron. Astrophys., vol. 335, p. 1003-1008, 1998. [10] Cherepashchuk A.M. Wolf-Rayet binaries: observational aspects.// IAU Symp. N 143. Wolf-Raet Stars and Interrelations with Other Massive Stars in Galaxies. Edited by Karel A. van der Hucht and Peredure M. Williams, Kluwer Academic Publishers, p. 187199, 1991. [11] Barlow M.J., Smith L.J., Willis A.J. Mass-loss rates for 21 Wolf-Rayet stars.//MNRAS, vol. 196, p. 101110, 1981. [12] St.-Louis N., Moat A.F.J., Drissen L., Bastien P., Robert C. Polarization variability among Wolf-Rayet stars. III. A new way to derive mass-loss rates for Wolf-Rayet stars in binary systems.// ApJ, vol. 330, p. 286304, 1988. [13] Stevens I.R., Corcoran M.F., Willis A.J., Skinner S.L., Pollock A.M.T., Nagase F. and Koyama K. ASCA observations of γ 2 Velorum (WC8+O9I): the variable X-ray spectrum of colliding winds.// MNRAS, vol. 283, p. 589605, 1996. [14] Moat A.F.J., Robert C. Clumping and mass loss in hot star winds.//ApJ, vol.421, p.310313, 1994. [15] Nugis T., Crowther P.A., Willis A.J. Clumping-corrected mass-loss rates of Wolf-Rayet stars.// Astron.Astrophys., vol. 333, P. 956969, 1998. [16] Nugis T. Lamers H.J.G.L.M. The mass-loss rates of Wolf-Rayet stars explained by optically thick radiation driven wind models.// Astron.Astrophys., vol. 389, P. 162179, 2002.

Ëèòåðàòóðà

132

[17] Rublev S.V. The Wolf-Rayet stars.//IAU Symposium No 67: Variable Stars and Stellar Evolution. P.259274, 1975. [18] Nugis T. On the chemical composition of Wolf-Rayet stars.//IAU Symposium No 67: Variable Stars and Stellar Evolution. P.291296, 1975. [19] Íóãèñ Ò. Õèìè÷åñêèé ñîñòàâ â ðàñøèðÿþùèõñÿ îáîëî÷êàõ WR çâ¼çä.// Çâ¼çäû òèïà Âîëüôà-Ðàéå è ðîäñòâåííûå èì îáúåêòû. Ïîä ðåä. Ò. Íóãèñà è È. Ïóñòûëüíèêà, Ñ. 89101, Òàëëèí, 1988. [20] Hillier D.J. Observational abundances of Wolf-Rayet stars.//In: Properties of hot luminous stars, Astronomical Society of the Pacic, p. 340353, 1990. [21] Nugis T. New determinations of the chemical composition of WolfRayet stars.//IAU Symposium No 163. Wolf-Raet Stars: Binaries, Colliding Winds, Evolution. Edited by Karel A. van der Hucht and Peredure M. Williams, p. 162163, 1995. [22] Moat A.F.J. Properties of Wolf-Rayet binaries: the key to understanding Wolf-Rayet stars.// IAU Symp. N 163. Wolf-Raet Stars: Binaries, Colliding Winds, Evolution. Edited by Karel A. van der Hucht and Peredure M. Williams, P. 213222, 1995. [23] A.M.T. Pollock. New evidence at X-ray and COS-B γ -ray frequencies for non-thermal phenomena in Wolf-Rayet stars.//Astron. Astrophys., vol. 171, p.135-139, 1987. [24] Florkowski D.R., Gottesman S.T. HD 193793, a radio-emitting WolfRayet binary star.//MNRAS, vol. 179, p. 105-110, 1977. [25] Williams P.M., Beattie D.H., Lee T.J., Stewart J.M., Antonopoulou E. Condensation of a shell around HD 193793.//MNRAS, vol. 185, p. 467 472, 1978. [26] Hackwell J.A., Gehrz R.D., Grasdalen G.L. Dust formation around HD 193793.//ApJ, vol.234, p.133-139, 1979.

Ëèòåðàòóðà

133

[27] Ian R.Stevens. Colliding stellar winds: X-ray emission and intstabilities.// IAU Symp. N 163. Wolf-Raet Stars: Binaries, Colliding Winds, Evolution. Edited by Karel A. van der Hucht and Peredure M. Williams, 1995. P. 486-493. [28] Katsuji Koyama, Mitsunobu Kawada and Shiro Takano. Ginga Observations of a Wolf-Rayet Star HD 193793.// Publ. Astron. Soc. Japan. 1990. V. 42. L1-L5. [29] Katsuji Koyama, Yoshimoto Maeda, Takeshi Tsuru, Fumiaki Nagase and Stephen Skinner. ASCA Observations of the Wolf-Rayet Binary HD 193793.// Publ. Astron. Soc. Japan. 1994. V. 46. L93-L96. [30] Cherepashchuk A.M. Eects of wind-wind collision in close binary stars.// Astrophysics and Space Science. Vol. 274, p. 159-174, 2000. [31] ×åðåïàùóê À.Ì., 1967, Ïåðåìåííûå çâ¼çäû, Ò.16 N2, Ñ.226. [32] Ïðèëóöêèé Î.Ô., Óñîâ Â.Â. Î ðåíòãåíîâñêîì èçëó÷åíèè äâîéíûõ ñèñòåì, ñîäåðæàùèõ çâ¼çäû Âîëüôà-Ðàéå.//Àñòðîí. æ., Ò. 53, Ñ. 6, 1976. [33] ×åðåïàùóê À.Ì. Âîçìîæíîñòü îáíàðóæåíèÿ äâîéíûõ ñðåäè çâ¼çä òèïà Âîëüôà-Ðàéå ïî èõ ðåíòãåíîâñêîìó èçëó÷åíèþ.//Ïèñüìà â ÀÆ, ò. 2, N 7, ñ.356360, 1976. [34] Abbott D.C. and Conti P.S. Wolf-Rayet stars.// Ann. Rev. Astron. Astrophys., vol. 25, p. 113, 1987. [35] Pollock A. M. T. The EINSTEIN View of the Wolf-Rayet Stars. //Astrophys. J. V. 320, P. 283285, 1987 [36] ×åðåïàùóê À.Ì. Ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå è êëî÷êîâàòûé çâ¼çäíûé âåòåð â äâîéíûõ ñèñòåìàõ ñ êîìïîíåíòàìè Âîëüôà-Ðàéå. //Àñòðîí. æ., Ò.67, Ñ.955, 1990.

Ëèòåðàòóðà

134

[37] Áû÷êîâ Ê.Â., ×åðåïàùóê À.Ì. Î ðåíòãåíîâñêîì èçëó÷åíèè óäàðíûõ âîëí â äâîéíûõ ñèñòåìàõ WR+0 è O+O.//Àñòðîí. æ., Ò.70, Ñ.512522, 1993. [38] Cherepashchuk A.M. Optical and X-ray observations of stellar winds in Wolf-Rayet binaries.//IAU Symp. N 163. Wolf-Raet Stars: Binaries, Colliding Winds, Evolution. Edited by Karel A. van der Hucht and Peredure M. Williams, Kluwer Academic Publishers, p. 262-270, 1995. [39] Williams P.M., van der Hucht K.A. Pollock A.M.T., Florkowski D.R., H. van der Woerd and Wamsteker W.M. Multi-frequency variations of the Wolf-Rayet system HD 193793I. Infrared, X-ray and radio observations.//MNRAS, vol. 243, p. 662684, 1990. [40] Skinner S., Nagase F., Koyama K., Maeda Y. and Tsuboi Y. ASCA Xray observations of the Wolf-Rayet Stars HD 193793 and HD 93162.// IAU Symp. N 163. Wolf-Raet Stars: Binaries, Colliding Winds, Evolution. Edited by Karel A. van der Hucht and Peredure M. Williams, P. 471-475, 1995. [41] Usov V.V. Stellar wind collision and X-ray generation in massive binaries.//Astrophys. J., vol. 389, p. 635648, 1992. [42] Usov V.V. Hydrodynamics and high-energy physics of Wolf-Rayet colliding winds.//IAU Symp. N 163. Wolf-Raet Stars: Binaries, Colliding Winds, Evolution. Edited by Karel A. van der Hucht and Peredure M. Williams, p. 420424, 1995. [43] Ian R.Stevens, Jonh M. Blondin and A.M.T. Pollock. Colliding winds from early-type stars in binary systems.//Astrophys. J., vol. 386, p. 265287, 1992. [44] Ian R.Stevens, Julian M. Pittard. Colliding stellar winds: recent advances in modelling.// IAU Symp. N 193. Wolf-Raet Phenomena in Massive Stars and Staeburst Galaxies. Edited by Karel A. van der

Ëèòåðàòóðà

135

Hucht, Gloria Koenigsberger and Philippe R. J. Eenens, 1999. p. 289 297. [45] Pikelner S.B., 1968, Astrophys. Lett. V.2, P.9799. [46] Ïèêåëüíåð Ñ.Á., Ùåãëîâ Ï.Â., 1968, Àñòðîí. æ., Ò.45, Ñ.953961. [47] Owocki S.P., Gayley K.G., 1995, Astrophys. J., V. 454, L145. [48] Zhekov S.A., Myasnikov A.V., 1998, New Astron., V.3, No.2, P.57-73. [49] Áû÷êîâ Ê.Â., Åãîðîâà Ñ.Å., Êàòûøåâà Í.À., 1993, Àñòðîí.æ., Ò.70, Ñ.11461156. [50] Áû÷êîâ Ê.Â., Åãîðîâà Ñ.Å., Êàòûøåâà Í.À., 1994, Àñòðîí.æ., Ò.71, Ñ. 7882. [51] Myasnikov A.V., Zhekov S.A. and Belov N.A., 1998, Monthly Notices of the RAS, V.298, P.10211029. [52] Ëåáåäåâ Ì.Ã., Ìÿñíèêîâ À.Â., 1988, â ñáîðíèêå "×èñëåííûå ìåòîäû â àýðîäèíàìèêå"ïîä ðåäàêöèåé Ïàñêîíîâà Â.Ì. è Ðîñëÿêîâà Ã.Ñ., Ìîñêâà èçäâî ÌÃÓ, Ñ.3. [53] Lebedev M.G., Myasnikov A.V., 1990, Fluid. Dyn., V.25, P.629. [54] Walder R. Simulations of colliding winds in 3 dimensions.//IAU Symp. N 163. Wolf-Raet Stars: Binaries, Colliding Winds, Evolution. Edited by Karel A. van der Hucht and Peredure M. Williams, p. 420424, 1995. [55] Usov V.V. Stellar Wind Collision and X-ray Generation in Massive Binaries.//Astrophys. J., V.389, P.635648, 1991. [56] Áàéðàìîâ Ç.Ò., Ïèëþãèí Í.Í., Óñîâ Â.Â. 1990, Ñòîëêíîâåíèå çâ¼çäíûõ âåòðîâ â äâîéíûõ ñèñòåìàõ, ñîäåðæàùèõ çâ¼çäû ÂîëüôàÐàéå.// Àñòðîí. æóðí., Ò. 67. Âûï. 5. Ñ. 998-1009. [57] Áû÷êîâ Ê.Â., 1979, Àñòðîí. æ., Ò.56, Ñ.781792.

Ëèòåðàòóðà

136

[58] Moat A.F.J., Drissen L., Lamontagne R., Robert C. Spectroscopic evidence for rapid blob ejection in Wolf-Rayet stars.//ApJ, vol. 334, p. 10381043, 1988. [59] Àíòîõèí È.È., Íóãèñ Ò., ×åðåïàùóê À.Ì. Ïðîôèëè ýìèññèîííûõ ëèíèé HeI è HeII â ìîäåëè îáëà÷íîé àòìîñôåðû çâåçäû ÂîëüôàÐàéå.//Àñòðîí. æ., Ò. 69, Ñ. 516525, 1992. [60] Antokhin I.I. Observational Aspects of Wolf-Rayet Atmospheres.//IAU Symposium No 163: p. 8793, 1995. [61] D.Luo, R.McCray, M.M. MacLow // Astrophys.J., 1990, V.362, P.267. [62] Ëåâè÷ Å.Â., Ñþíÿåâ Ð.À., 1971, Àñòðîí. æóðí., Ò.48, Ñ. 161. [63] Ëîñåâ Ñ.À., Ïèëþãèí Í.Í., Ñóðæèêîâ Ñ.Ò. Ìîäåëèðîâàíèå ðàäèàöèîííûõ ïðîöåññîâ â ìåõàíèêå ñïëîøíîé ñðåäû. Ì.: Èçäâî ÌÃÓ, 1990. [64] Cherchne I., Tielens A.G.G.M. Dust formation in hot stellar winds.// IAU Symposium No 163: p. 346353, 1995. [65] White R.L., Becker R.H. An 8 Year Study of the Radio Emission from the Wolf-Rayet Binary HD 193793=WR140. //Astrophys. J., V. 451, P.352358, 1995. [66] Àëåêñàíäðîâà Î.Â, Áû÷êîâ Ê.Â. Âîçìîæíàÿ ðîëü îáëà÷íîé ñòðóêòóðû âåòðà â ðåíòãåíîâñêîì èçëó÷åíèè äâîéíîé ñèñòåìû HD 193793.//ÀÆ, òîì 77, N 12, ñòð. 883892, 2000. [67] Àëåêñàíäðîâà Î.Â, Áû÷êîâ Ê.Â. Ôîðìèðîâàíèå ïûëè â äâîéíûõ ñèñòåìàõ ñ ÎÂ- è WR-êîìïîíåíòàìè â ìîäåëè äâóõôàçíîãî çâ¼çäíîãî âåòðà.//ÀÆ, òîì 78, N 4, ñòð. 327332, 2001. [68] Àáðàìîâà

Î.Â.,

Àâåðèí

Ï.Â.

è

Áû÷êîâ

Ê.Â.

Íåòåïëîâîå

ðàäèîèçëó÷åíèå WR140 â ìîäåëè ñòîëêíîâåíèÿ äâóõôàçíûõ âåòðîâ.// ÀÆ, òîì 80, N 1, ñòð. 3542, 2003.

Ëèòåðàòóðà

137

[69] Hillier D.J. The eects of electron scattering and wind clumping for early emission line stars.//Astron. Astrophys., vol.247, p.455-468, 1991. [70] Robert C, Moat A.F.J., Seggewiss W. Physical Parameters of Inhomogeneities in Wolf-Rayet Winds.//IAU Symposium No 143: Wolf-Rayet Stars and Interrelations with Other Massive Stars in Galaxies. P. 147 152, 1991. [71] Lepine S. Eects of wind clumping on colliding winds.//IAU Symp. N 163. Wolf-Raet Stars: Binaries, Colliding Winds, Evolution. Edited by Karel A. van der Hucht and Peredure M. Williams, p.411-415, 1995. [72] Richsrd L. White and Wan Chen. Theory and observations of nonthermal phenomena in hot massive binaries.//IAU Symp. N 163. WolfRaet Stars: Binaries, Colliding Winds, Evolution. Edited by Karel A. van der Hucht and Peredure M. Williams, p. 438447, 1995. [73] Àëëåí Ê.Ó.//Àñòðîôèçè÷åñêèå âåëè÷èíû. Ìîñêâà, "Ìèð", 1977. [74] Êàïëàí Ñ.À., Ïèêåëüíåð Ñ.Á.// Ìåæçâ¼çäíàÿ ñðåäà. Ì. Ãîñ. èçä-âî ôèç-ìàò. ëèòåðàòóðû. 1963. [75] Ëàíäàó Ë.Ä., Ëèâøèö Å.Ì.//Òåîðåòè÷åñêàÿ ôèçèêà. Ò. VI. Ãèäðîäèíàìèêà. Ì. "Íàóêà". 1986. [76] Ïèêåëüíåð

Ñ.Á.

//Îñíîâû

êîñìè÷åñêîé

ýëåêòðîäèíàìèêè.

Ôèçìàòãèç. 1966. [77] Øêëîâñêèé È.Ñ., 1976, Ñâåðõíîâûå çâ¼çäû. Ì. "Íàóêà". [78] Øàôðàíîâ Â.Ä. //Æóðí. ýêñïåðèì. òåîð. ôèç. 1957. Ò.32. Ñ.1453. [79] Ñïèòöåð Ë.// Ôèçèêà ïîëíîñòüþ èîíèçîâàííîãî ãàçà. Ì., Èçä-âî èíîñòðàííîé ëèòåðàòóðû, 1957. [80] Yuan W., Kawai N., Yoshida A. et al. New Horizon of X-ray Astronomy.// Eds. Makino F., Ohashi T. Tokio: Universal Academy Press, Inc., 1994. P. 447.

Ëèòåðàòóðà

138

[81] Àëåêñàíäðîâà Î.Â., Áû÷êîâ Ê.Â., Ñåéôèíà Å.Â. Ïðîèñõîæäåíèå ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ SS433 â ãèäðîäèíàìè÷åñêîé ìîäåëè.// ÀÆ, òîì 74, N 5, ñòð. 731739, 1997. [82] Çåëüäîâè÷ ß.Á., Ðàéçåð Þ.Ï.// Ôèçèêà óäàðíûõ âîëí è âûñîêîòåìïåðàòóðíûõ ãèäðîäèíàìè÷åñêèõ ÿâëåíèé. Ôèçìàòãèç. 1963. [83] Êëèìèøèí È.À.//Óäàðíûå âîëíû â îáîëî÷êàõ çâåçä. Ì. "Íàóêà". 1984. [84] Èìøåííèê Â.Ñ., Íàäåæèí Ä.Ê. // Àñòðîí. æóðí. 1964. Ò.41. Ñ.829. [85] Zhekov S.A., Palla F., Myasnikov A.V. // Monthly Not. Roy. Astron. Soc., 1994, V.271, P.667. [86] Áû÷êîâ Ê.Â., Ñåéôèíà Å.Â. // Àñòðîí. æóðí. 1994. Ò.71. Ñ.870. [87] Arnaud M., Rothenug R. // Astron. Astrophys. Suppl. 1985. V.60. N.3. P.425. [88] Mewe R., Gronenshield E.H.B.M.// Astron. Astrophys. Suppl. 1981. V.45. P.11. [89] Mewe R., Gronenshield E.H.B.M., van den Oord G.H.J. // Astron. Astrophys. Suppl. 1985. V.62. N.2. P.197. [90] D.T. Woods, J.M. Shull, C.L. Sarazin.// Recombination coecients for iron ions. Astrophysical Journal. Volume 249. October. 1981. P. 399401. [91] Mewe R., Schrijver J. // Astron. Astrophys. Suppl. 1978. V.65. N.2. P.99. [92] Pollock A.M.T..The X-ray view of the Wolf-Rayet stars.//IAU Symp. N 163. Wolf-Raet Stars: Binaries, Colliding Winds, Evolution. Edited by Karel A. van der Hucht and Peredure M. Williams, p. 429-437, 1995.

Ëèòåðàòóðà

139

[93] Eenens P.R.J., Williams P.M. New analysis of Wolf-Rayet infrared lines.//IAU Symp. N 163. Wolf-Raet Stars: Binaries, Colliding Winds, Evolution. Edited by Karel A. van der Hucht and Peredure M. Williams, p. 156-157, 1995. [94] Svetozar A. Zhekov and Stephen L. Skinner. ASCA X-ray emission from colliding wind shocks in the Wolf-Rayet binary WR 140.//Astrophysics Preprint#406. [95] Svetozar A. Zhekov and Stephen L. Skinner. X-Ray Emission from Colliding Wind Shocks in the Wolf-Rayet Binary WR 140.//ApJ, vol. 538, p.808-817, 2000. [96] ×¼ðíûé Ã.Ã.//Òå÷åíèÿ ãàçà ñ áîëüøîé ñâåðõçâóêîâîé ñêîðîñòüþ. Ôèçìàòãèç. 1959. [97] Cohen M., Barlow M.J., Kuhi L.V. Wolf-Rayet Stars. VI. The Nature of the Optical and Infrared Continua.// Astron. Astrophys., vol. 40, p. 291302, 1975. [98] Gehrz R.D. and Hackwell J.A. Circumstellar dust emission from WC9 stars.//ApJ, vol. 194, p. 619-622, 1974. [99] Williams P.M. Dust formation around WC stars.//IAU Symp. N 163. Wolf-Raet Stars: Binaries, Colliding Winds, Evolution. Edited by Karel A. van der Hucht and Peredure M. Williams, p. 335-344, 1995. [100] Williams P.M., van der Hucht K.A. and The P.S. Infrared photometry of late-type Wolf-Rayet stars.//Astron. Astrophys., vol. 182, p. 91-106, 1987. [101] Williams P.M. Observations of colliding-wind eects at long wavelengths: IR to radio.//Wolf-Rayet Phenomena in Massive Stars and Starburst Galaxies. Proceedings IAU Symposium No 193. K.A. van der Hucht, G. Koenigsberger and P.R.J. Eenens, eds. P.267-276, 1999.

Ëèòåðàòóðà

140

[102] Veen P.M., van der Hucht K.A., Williams P.M., Catchpole R.M., Duijsens M.F.J., Glass I.S., Setia Gunawan D.Y.A. A second dust episode of the Wolf-Rayet system WR 19: another long-period WC+O collidingwind binary.// Astron.Astrophys., vol.339, p. L45L48, 1998. [103] van der Hucht K.A., Hidayat B., Admiranto A.G., Supelli K.R., Doom C. The galactic distribution and subtype evolution of Wolf-Rayet stars. III.// Astron.Astrophys., vol.199, p. 217234, 1988. [104] Moat A.F.J., L
epine S. Wind Ingomogenities in Wolf-Rayet Stars. II. Investigation of Emission-Line Prole Variations.//ApJ, vol. 514, issue 2, p. 909931, 1999. [105] Veen P.M., van Genderen A.M., van der Hucht K.A., Li A., Sterken C., Dominik C. WR 121 obscured by a dust cloud: the key to understanding occasional eclipses of dusty Wolf-Rayet WC stars?// Astron.Astrophys., vol.329, p.199212, 1998. [106] Crowther P.A. Remarcable spectral variability in WR 104 (WC9): dust condensation in a hostile environment?//MNRAS, vol. 290, L59L63, 1997. [107] Tuthill P.G., John D.M., Danhi W.C. A dusty pinwheel nebula around the massive star WR104.//Nature, vol. 398, p. 487489, 1999. [108] Regland, Richichi.//IAU No. 169, Heidelberg, 1998. [109] Williams P.M., van der Hucht K.A. Bouchet P., Spoelstra T.A.Th., Eenens P.R.J., Geballe T.R., Kidger M.R. and Churchwell E. Condensation of dust around the Wolf-Rayet star WR 125.//MNRAS, vol. 258, p. 461472, 1992. [110] Williams P.M., van der Hucht K.A. Kidger M.R., Geballe T.R. and Bouchet P. The episodic dust-maker WR 125II. Spectroscopy and photometry during infrared maximum.//MNRAS, vol. 266, p. 247254, 1994.

Ëèòåðàòóðà

141

[111] Marchenko S.V., Moat A.F.J, Grosdidier Y. Dust formation in the hot massive binary HD 192641=WR 137 (WC7+OB).//ApJ, vol. 522, issue I, p. 433439, 1999. [112] Marchenko S.V., Moat A.F.J, Grosdidier Y. Dust-formation episode of the long-period WC+O binary WR 137: direct imaging with HSTNICMOS2.// Wolf-Rayet Phenomena in Massive Stars and Starburst Galaxies. Proceedings IAU Symposium No 193. K.A. van der Hucht, G. Koenigsberger and P.R.J. Eenens, eds. P.368369, 1999. [113] Zubko V.G. On the physical model of dust around Wolf-Rayet stars.// MNRAS, vol. 295, p. 109118, 1998. [114] Annuk K. Spectroscopic observations of the long-period Wolf-Rayet binaries HD 193793 and HD 192641.//IAU Symposium No 163: p. 231 234, 1995. [115] Hackwell J.A., Gehrz R.D., Smith J.R. Infrared light variations of WolfRayet stars.//ApJ, vol.210, p.137-142, 1976. [116] Czyzak S.J., Hirth J.P., Tabak R.G. The formation and properties of grains in the interstellar medium.//Vistas in Astronomy, vol. 25, pt. 4, p. 337382, 1981. [117] Allen D.A, Swings J.P., Harvey P.M. Infrared Photometry of Nothern Wolf-Rayet stars.//Astron.Astrophys., vol. 20, p. 333336, 1972. [118] Salpeter E.E. Nucleation and growth of dust grains.//Aph.J., vol. 193, p. 579584, 1974. [119] Salpeter E.E. Formation and destruction of dust grains.//Ann. Rev. Astron. and Astroph., vol. 15, p. 267293 , 1977. [120] Harries T.J., Hillier D.J., Howarth I.D. A spectropolarimetric survey of northern hemisphere Wolf-Rayet stars.//MNRAS, vol. 296, p. 1072 1088, 1998.

Ëèòåðàòóðà

142

[121] Williams P.M., Antonopoulou E. Cooling of the newly condensed shell around HD 193793.//MNRAS, vol. 187, p. 183185, 1979. [122] Moat A.F.J., Lamontagne R., Williams P., Horn J., Seggewiss W. An eight-year spectroscopic orbit for the WC7+O4 Wolf-Rayet binary HD 193793: toward solving the mystery of the infrared outbursts.//ApJ, vol. 312, p. 807811, 1987. [123] Usov V.V. Stellar wind collision and dust formation in long-period, heavily interacting Wolf-Rayet binaries,//MNRAS, vol. 252, p. 4952, 1991. [124] Cohen M. An IRAS-based search for new dusty late-type WC WolfRayet stars.// Astrophys. J. Suppl. Ser., vol. 100, p. 413432, 1995. [125] Ñîáîëåâ Â.Â. Êóðñ òåîðåòè÷åñêîé àñòðîôèçèêè. Ì. "Íàóêà", 1967. [126] Fitzpatrick E.L., Savage B.D., Sitko M.L. Ultraviolet, visual, and infrared observations of the WC7 variable HD 193793.//ApJ, vol. 256, p. 578593, 1982. [127] Lambert D.L., Hinkle K.H. A high-resolution infrared spectrum of the Wolf-Rayet star HD 193793.//Publications of the Astronomical Society of the PAcic, vol. 96, p. 222225, 1984. [128] Ãîëîâàòûé Â.Â., Ñàïàð À.À., Ôåêëèñòîâà Ò.Õ., Õîëòûãèí À.Ô. Àòîìíûå äàííûå äëÿ ñïåêòðîñêîïèè ðàçðåæåííîé àñòðîôèçè÷åñêîé ïëàçìû. Òàëëèí, 1991.