Файл: Гурзадян, Г. А. Вспыхивающие звезды.pdf

ния которых являются колебания интенсивности эмис­ сионных линий, иногда до полного их исчезновения или повторного появления. И вместе с тем все это не сопро­ вождается сколько-нибудь заметными изменениями в фо­ тосфере самой звезды.

Любые изменения наблюдаемой активности хромо­ сферы вызваны прежде всего колебаниями количества энергии, возбуждающей хромосферу. В данном случае это — энергия Lß-излучения, вызывающего фотоиони­ зацию водорода, а также континуумов, соответствующих частотам непрерывного поглощения других атомов и ионов. В предыдущих главах сделана попытка показать, что в случае вспыхивающих звезд и звезд с эмиссионными линиями (Т Тельца) энергия возбуждения фотосферы поступает и з в не , из области, где происходит выделение быстрых электронов.

Наблюдения не подтверждают предположения о том, что хромосфера холодных карликов имеет локальную структуру, вроде обширных областей повышенного воз­ буждения; в этом случае следовало бы ожидать хотя бы периодичности в их появлении или исчезновении, вызван­ ной осевым вращением звезды, чего, однако, не происхо­ дит. У холодных карликов имеется самая настоящая хромосфера, охватывающая всю или почти всю поверх­ ность звезды. Обеспечить глобальное возбуждение хро­ мосферы гораздо проще, если источник энергии ее возбуж­

Таким образом, было бы правильнее характеризовать хромосферу как слой атмосферы звезды, который энергию своего возбуждения получает и з в н е . В этом случае поведение хромосферы будет находиться в непосредствен­ ной зависимости от поведения самых быстрых электро­ нов — их появления или исчезновения. Правда, при этом следует учесть различие, причем существенное, в усло­ виях, при которых происходят эти изменения, в хромо­ сфере,— с одной стороны, в поведении быстрых электро­ нов,— с другой. Появляющиеся практически мгновенно быстрые электроны также мгновенно будут генерировать Ьс-излучение, причем неважно, в результате каких имен­ но процессов — обратного комптоп-эффекта или нетепло­ вого тормозного излучения. Таким образом, резко

354. ГЛ. X IV . Б Ы С Т Р Ы Е Э Л Е К Т Р О Н Ы

усиливается ионизация в хромосфере. Однако следующий вслед за ней процесс излучения хромосферы носит харак­ тер высвечивания, которое может продолжаться долго, в зависимости от электронной концентрации в хромо­ сфере.

Аро привел убедительные аргументы в пользу того [62], что хромосферная активность находится в непосред­ ственной зависимости от вспышечной активности звезды. Теперь мы видим, что вспышечная активность в извест­ ной степени должна характеризоваться и конвективной активностью звезды. Но непосредственными наблюда­ тельными критериями представляются только вспышеч­ ная и хромосферная активности. Поэтому правильнее будет делать обратный вывод: звезды, показывающие признаки хромосферной и вспышечной активности, одно­ временно являются объектами, находящимися в состоя­ нии полной или почти полной конвективиости.

На основе анализа обширного наблюдательного ма­ териала Вилсон [167] установил важную зависимость между хромосферной активностью и возрастом звезды (см. гл. XI): хромосферная активность максимальна у молодых звезд (Орион), обладает умеренной интенсивно­ стью. у звезд среднего возраста (Плеяды) и почти исче­ зает у немолодых звезд (Ясли, Гиады). В среднем с такой же последовательностью падает и изменение вспышечной активности у звезд этих трех возрастных групп. Если оставаться в рамках описанной схемы, то это означает и параллельное ослабление конвективной активности звезды.

§ 5. Роль магнитных полей

Существует мнение, согласно которому магнитные поля звезд могут быть причиной возбуждения или генерации вспышек [199, 200]. Есть даже прямые ссылки на то, что энергия излучения вспышек связана с аннигиляцией магнитных полей. Это мнение основано отчасти на неко­ тором сходстве вспышек звезд с хромосферными вспышками Солнца. По-видимому, версия «магнитных полей» как источника энергии звездных вспышек, возникла главным образом потому, что ... не было другой гипотезы, в чем откровенно признается Паккер, один из авторов этой версии [201].

Здесь мы не намерены заниматься критикой «магнит­ ной» гипотезы звездных вспышек. Мы лишь остановимся на некоторых моментах, которые, по нашему мнению, не подтверждают предположения о том, что энергия вспыш­ ки берется за счет магнитных полей.

1. Прежде всего, физические процессы, приводящие к возбуждению солнечных вспышек, пока не понятны [219], поэтому гипотеза о сходстве звездных и солнечных вспышек не может решить основную проблему о меха­ низме вспышек у звезд. Факты, относящиеся к связи солнечных вспышек с магнитными нолями пятен, часто довольно противоречивы. Так, например, хотя очевидно существование зависимости между частотой появления хромосферных вспышек и средним числом солнечных пятен, магнитные поля солнечных пятен и их полярности, по-видимому, не имеют тесной связи с формой хромо­ сферных вспышек [202]. Как отмечает А. Б. Северный, вероятность появления хромосферных вспышек не зависит от максимального значения напряженности поля; более важны изменения магнитного потока и магнитной поляр­ ности [203]. Больше того, имеются случаи, когда довольно мощные рентгеновские вспышки Солнца не сопровож­ даются хромосферной вспышкой соответствующей силы или наличием группы пятен с достаточно большой пло­ щадью [204, 205] (мало вероятно, чтобы обычные хромосферные вспышки и рентгеновские вспышки на Солнце были вызваны разными механизмами, скорее всего, обе эти вспышки составляют продолжение одна другой и имеют одинаковое происхождение; однако благодаря контрастности рентгеновская вспышка легко может быть выделена на фоне сравнителъ хо слабого рентгеновского излучения солнечного диска).

Выделение довольно большой энергии во время сол­ нечных вспышек происходит в очень малой области хро­ мосферы и не сопровождается неизбежным, казалось, бы, искажением магнитного поля в нижней хромосфере. Освобождение самой энергии происходит очень концен­ трировано, поскольку, как показывает наблюдения, вспышка очень часто сопровождается выбросом косми­ ческих лучей и газового вещества со скоростью порядка 1000 км/с.

поля с наблюдаемыми положениями вспышек на Солнце не всегда выявляет совпадение положений вспышки с максимумами магнитного поля, т. е. с областями выделения энергии. Более часта ситуация, когда выделение энергии происходит в одной точке, из которой распространяется и развивается вспышка.

Весьма противоречивы также данные о роли так на­ зываемых нейтральных точек пли нейтральных линий — областей пересечения магнитных силовых линий — в возбуждении вспышек. По одним данным вспышки по­ являются именно в нейтральных точках или линиях [205], а по другим они могут появляться и на некотором расстоянии от нейтральной линии [206]. Есть указания на то, что вспышки могут возникнуть в ничем, по крайней мере внешне, не выделяющихся областях поверхности Солнца.

Другое направление «магнитной» концепции возник­ новения солнечных вспышек основано на допущении о возможности разрыва и перезамыкания магнитных си­

ления, поле внезапно может исчезнуть из-за разрыва и перезамыкания силовых линий, причем исчезновение са­ мого поля должно сопровождаться появлением вспышки. Не говоря уже о том, что этот механизм приводит к яв­ лениям, по существу, не имеющим ничего общего с вспыш­ кой, само явление перезамыкания или уничтожения маг­ нитных силовых линий никогда не наблюдалось [206].

В качестве возможного механизма генерации солнеч­ ных вспышек привлекался и пиич-эффект [205]. Однако крайняя неустойчивость пинч-эффекта и трудность со­ здания в условиях солнечной плазмы больших токов за очень короткое время сильно уменьшают его значение в проблеме вспышек вообще.

При таких условиях, вероятно, вполне уместна поста­ новка обратной задачи, а именно, по аналогии с з в е з д ­ н ы м и вспышками постараться понять природу сол­ нечных вспышек (!). Этот подход может показаться даже странным, но не следует забывать, что для изучения хромосферных вспышек мы имеем только один объект — Солнце, т. е. звезду класса G2. Между тем для комплекс­

полагаем довольно широкими возможностями в связи как с разнообразием типов изучаемых звезд, так и с мас­ штабами явления. Кстати, как показывает анализ, не­ которые наиболее мощные рентгеновские вспышки Солнца могут быть объяснены в рамках гипотезы быстрых элек­ тронов; во всяком случае уверенно можно сказать, что указанные выше вспышки не имеют синхротронного проис­ хождения (см. [204]). Еще раньше на возможную связь между быстрыми электронами и рентгеновскими вспыш­ ками на Солнце указал де Ягер [243].

Связь хромосферных вспышек с магнитными полями так или иначе является наблюдательным фактом. Однако из этого еще не следует, что хромосферные вспышки во­ зникают в результате аннигиляции магнитных полей. Вопрос может быть поставлен иначе: появление агента, скажем, быстрых электронов, над фотосферой м о ж е т сопровождаться возникновением магнитных полей. Здесь подчеркивается слово «может», так как появление группы долгоживущих солнечных пятен, иногда с очень сильными магнитными полями, все-таки не сопровождается воз­ буждением хромосферных вспышек, уже не говоря о том, что продолжительность вспышек не находится ни в каком сравнении с продолжительностью жизни самих пятен, т. е. магнитных полей.

2. Существует представление, что звезды с сильными магнитными полями являются одновременно объектами с быстрым осевым вращением. Однако, как отвечает Аро [16], нет наблюдательных доказательств того, что вспыхивающие звезды вращаются быстрее, чем не вспы­ хивающие звезды того же спектрального класса. Во вся­ ком случае, вплоть до значения ѵ sin i = 10 км/с, невозможно заметить отличия вспыхивающих звезд клас­ са Me от нормальных объектов класса dM. Правда, необыч­ но широкие линии поглощения наблюдаются у некоторых звезд типа Т Тельца, находящихся выше главной после­ довательности, но это расширение не обязательно должно быть вызвано осевым вращением.

3. Каталог магнитных звезд Бэбкока [208] содержит около 90 объектов с очень сильными магнитными полями и около 70 объектов с возможными магнитными полями; все эти звезды ярче 9™. Однако ни одна из них не является

358 Г Л . X IV . Б Ы С ТРЫ Е Э Л Е К Т РО Н Ы

вспыхивающей. На это обстоятельство следует обратить внимание. Дело в том, что во всех случаях магнитные поля звезд являются переменными не только по величине напряженности, ной по полярности. Например, для звезды HD 32633 (класса В9р) напряженность магнитного поля

речь идет о величине магнитного поля, средней по всей поверхности звезды, то остается непонятным - (е позиций магнитной гипотезы вспышек), как могли произойти такие колоссальные изменения магнитного поля, без воз­ буждения оптической или радиовспышки соответствую­ щей силы. Ведь в случае Солнца связывают же хромосферные вспышки с «узловыми точками», в которых происхо­ дит изменение полярности поля... Допущение, что указанные изменения могут быть вызваны уходом ста­ рых и появлением новых групп пятен из-за осевого вра­ щения звезды, вряд ли окажется выходом из положения.

По-видимому, следует пытаться выяснить не то, каким образом магнитное поле аннигилирует в энергию вспышки, а скорее всего то, почему столь грандиозные изменения магнитных полей у звезд ранних классов не сопровожда­ ются выделением столь же грандиозного количества энергии в виде электромагнитных колебаний.

4. Совершенно не ясен сам механизм превращения магнитной энергии в энергию излучения. Считается, что магнитная энергия вначале превращается в джоулеву теплоту (джоулева диссипация). В связи с этим рассмат­ риваются также амбиполярная диффузия и ргзличные формы механизма Свита [201]. В последнем случае необ­ ходимо, чтобы магнитные поля были только антипарал­ лельными, а среда была бы в высшей степени сжимаемой— условия, вообще говоря, трудно выполнимые. Между тем механизм Свита считается наиболее эффективным, по крайней мере теоретически.

Но коль скоро магнитная энергия превращается вна­ чале в энергию теплоты, то само излучение в конечном счете должно иметь тепловое происхождение, т. е. должно представляться законом Планка, соответствующим другой,

более высокой температуре излучающей среды, л данном случае фотосферы (поскольку аннигиляция магнитного поля происходит в самой фотосфере). Ни то, ни другое не подтверждается: распределение энергии в спектре вспыш­

Перечисленные соображения (этот ряд еще может быть продолжен), как нам кажется, достаточно обосно­ ваны, чтобы можно было не считаться с ними. Во всяком случае, нельзя утверждать, что имеющиеся в настоящее время данные говорят в пользу «магнитной» концепции происхождения вспышек у звезд (и, возможно, у Солнца).

Однако звезды и Солнце обладают общими, почти дипольными, а также локальными магнитными полями. Хотя эти поля, по нашему мнению, не являются непосред­ ственными источниками энергии для возбуждения вспы­ шек, они могут оказать определенное влияние на раз­ витие самих вспышек уже после их появления. В случае, когда вспышка вызвана быстрыми электронами, это влия­ ние может проявляться, в частности, в следующих формах:

а) Магнитные поля могут контролировать движение быстрых электронов и их перемещение во внешних об­

б) В благоприятных случаях часть быстрых электро­ нов может приобрести дополнительную энергию за счет ускорения в локальных магнитных полях звезды (Солнца). В результате их энергия может подняться от значений 10е эВ до ІО7 — 10® эВ. При этом заметно расширится энергетический спектр электронов и, следовательно, спектр излучения электромагнитных колебаний (комптоновского или синхротронного происхождения в оптиче­ ском, рентгеновском или радиодиапазонах и т. д.). Воз­ можно, этим следует объяснить тот факт, что жесткость генерируемого во время вспышек Солнца рентгеновского