Файл: Горбацкий, В. Г. Новоподобные и новые звезды.pdf

Вспышки новых связаны, по-видимому, с тепловой неустойчивостью белого карлика — компоненты тесной двойной системы. Характер этой неустойчивости должен быть совершенно иным, чем в случае холодных звезд.

Вкачестве возможного механизма неустойчивости бело­ го карлика в двойной системе Шацман рассматривал ре­ зонанс между орбитальным движением и осевым враще­ нием звезды. Эта гипотеза, подробно изложенная в [7], плохо согласуется с данными наблюдений вспышек новых.

Внастоящее время предпочтительнее считать причиной вспышек новых звезд аккрецию на белый карлик вещест­ ва, текущего от спутника. Этот механизм рассматривает­ ся в следующем параграфе.

§ 4. Аккреция вещества как механизм вспышки новой

Вопрос об источниках, которые могут обеспечить ги­ гантское выделение энергии в звезде (и притом происхо­ дящее неоднократно) без существенной перестройки ее структуры относится к числу важнейших п наиболее трудных в теории вспышек новых звезд. Лишь в послед­ нее время, после того как было установлено, что новые звезды входят в состав тесных звездных систем, этот во­ прос несколько прояснился. Существующие в таких си­ стемах мощные газовые потоки переносят от спутника к главной звезде большое количество водорода. Если глав­ ная звезда системы является белым карликом, то в ре­ зультате захвата газа (аккреции) и обогащения его внеш­ них слоев водородом возможно возникновение тепловой неустойчивости и как следствие — вспышки звезды. Та­ ким образом, в качестве источника энергии вспышки но­ вой могут рассматриваться термоядерные реакции го­ рения водорода в оболочке белого карлика.

Высказанное Крафтом в 1962 г. [108] предположение о том, что вспышки звезды обусловлены быстрым разви­ тием тепловой неустойчивости в обогащаемых водородом внешних слоях белого карлика — компоненты тесной двойной системы — встретило серьезное возражение. Ука­ зывалось, что благодаря очень большой теплопроводно­ сти вещества белого карлика, энергия, выделяющаяся при горении водорода в его оболочке, долита быстро от­

водиться в ядро, и поэтому высокая степень концентра­ ции энергии, необходимая для выброса внешних слоев звезды, не может быть достигнута. Однако неоднократно проводившиеся в последние годы расчеты процесса горе­ ния водорода в оболочке белого карлика [109]—[114] пока­ зали, что при определенных условиях скорость выделения энергии в оболочке белого карлика становится очень большой и возможен срыв внешних слоев звезды. Для того чтобы продемонстрировать современное состояние вопроса о горении водорода как источнике вспышки но­ вой, имеет смысл привести некоторые результаты этих расчетов.

В одних работах [109, 110] задача рассматривалась в гидростатическом приближении, т. е. рассчитывалась по­ следовательность статических моделей звезды с постепен­ но возрастающей в результате аккреции вещества массой

ной Жц = 1,3-10-4 Ж©. В работе [1091 масса белого

сделаны лишь для слоя с массой 1,1-10-2 Ж©. Со­ держание тяжелых элементов в оболочке было принято сравнительно низким: Ъ — 0,004. Оказалось, что слоевой источник энергии начинает формироваться при значении плотности р « 1 0 3 г/см3, а величина массы, захваченной при аккреции, при которой горение водорода становится неустойчивым, составляет 6-10"4 Ж©.

Как указанные расчеты, так и вычисления других авторов не дали полной картины нестационарного вы­ горания водорода, поскольку характерное время быстро уменьшается с возрастанием массы слоя и становится необходимым учитывать динамику процесса. Тем не менее из этих расчетов следует, что при значениях скорости аккреции, лежащих в довольно широких пределах, теп­ лоотвод из слоевого источника внутрь белого карлика происходит недостаточно быстро и не может предотвратить развитие тепловой неустойчивости в водородной оболочке.

162 f j l . VI. ВСПЫШКИ ЗВЁЗД

Такой результат делает целесообразным исследование про­ цесса горения при учете его взаимосвязи с газодинамиче­ скими характеристиками слоя.

Детальные расчеты эволюции богатой водородом обо­ лочки белого карлика, произведенные Старфилдом [112— 114], позволили установить, что в процессе горения водоро­ да достигаются очень высокие температуры и большие скорости энерговыделения.

Процесс происходит настолько быстро, что относитель­ ное содержание элементов отличается от равновесного. Наиболее распространенными ядрами, кроме Н и 4Не становятся 13N, 140, 1Б0, 17F, неустойчивые по отноше­ нию к р+-распаду. Возникновение вспышки зависит глав­ ным образом, от начальной светимости звезды, а также от количества водорода и содержания тяжелых элемен­ тов в оболочке.

Расчет моделей со светимостью, превосходящей 0,2 L q , показал, что за двое суток температура в слое возрастает

вызванное резким повышением давления, достигает по­ верхности звезды. Ударной волной срывается оболочка, масса которой 3-1028 з и скорость 7400 км/сек. В остав­ шемся слое согласно расчетам в результате |3+-распада неустойчивых ядер дополнительно выделяется энергия около 6 -1047 эрг, которая приводит к выбросу массы 3-10_5 Ж® с кинетической энергией 3-1044 г. Визуальная

бы произошла вспышка, начальная светимость белого карлика должна быть в пределах 0,2 L q ^ ^ 1,8 L q . Необходимо также значительное — до 3 % по массе — на­ чальное содержание С и N в оболочке и большое коли­ чество водорода в ней (10_3 93?®). При невыполнении этих условий скорость выделения энергии оказывается недостаточной для того, чтобы привести к срыву внешних слоев звезды.

В своих расчетах динамики процессов, связанных с термоядерными реакциями во внешних слоях оболочки белого карлика, Роуз [111] исходит из предположения о равновесном характере реакций углеродного цикла, пу­ тем которых происходит выгорание водорода. Важным новым элементом этих вычислений является сравнитель­ но полный учет нестационарной конвекции, приводящей к перемешиванию в оболочке. При достаточно большой скорости энерговыделеиия время развития тепловой не­ устойчивости становится короче времени конвективного перемешивания и отвод тепла от разогреваемого слоя де­ лается недостаточно эффективным. Тогда в оболочке раз­ вивается ударная волна, которая выбрасывает вещество со скоростями 4000—8000 км/сек. Как отмечается в [111], выбросом при помощи ударной волны не удается объяс­ нить хорошо известные наблюдательные факты. Длитель­ ность вспышки оказывается существенно меньшей, чем у реальных новых, а скорости выброса чрезмерно боль­ шими. Возможно, что отрыв оболочки может происходить без образования ударной волны, а просто вследствие повышения давления в слое горения [114].

При быстром выделении энергии под поверхностью звезды возникает тепловая волна. В одних условиях эта волна превращается в ударную, а в других энергия будет переноситься до самой поверхности звезды лишь тепловой волной. Чем больше концентрация энергии при вспышке, тем менее благоприятны условия для обра­ зования ударной волны. Теория движения тепловых волн в звездах развивалась Климишиным [104], пока­ завшим, что в том случае, когда взрыв происходит на

строении и энергетической устойчивости внешних слоев белого карлика, на который перетекает газ из спутника, не решена, вряд ли можно сказать, в какой мере перенос энергии тепловой волной является существенным в про­ цессе вспышки новой.

В этом параграфе предполагалось не детально рас­ сматривать процесс вспышки новой, а лишь указать на возможные эффекты, связанные с перетеканием

и остаются нерешенными многие принципиальные воп­ росы, связанные с кинетикой термоядерных реакций в оболочке белого карлика и с газодинамикой оболочки. По-видимому, для создания теории вспышки новой, доста­ точно хорошо объясняющей весь обширный комплекс наб­ людательных данных, потребуется еще значительное вре­ мя. Все же можно полагать, что основа для такой теории уже имеется, так как обнаружен реальный источник энергии, который может дать наблюдаемую мощность вспышек и обеспечивает их повторяемость.

Г Л А В А VII

♦

Некоторые проблемы эволюции тесных двойных систем звезд карликов

Вопросы эволюции тесных двойных систем обсужда­ лись во многих работах и при этом большое внимание уде­ лялось роли газовых потоков в эволюции. Исходным материалом при исследованиях в этом направлении слу­ жили почти исключительно результаты изучения движе­ ния частиц в двойной системе в рамках ограниченной за­ дачи трех тел. Как было продемонстрировано в предыду­ щих главах, подобных вычислений недостаточно для то­ го, чтобы составить правильное представление о потоках. При расчете движения газа необходимо принимать во вни­ мание такие важнейшие чисто газодинамические эффек­ ты, как расширение в вакуум, образование ударных волн и турбулентность. До тех пор, пока роль этих эффектов в эволюции двойных систем не будет рассмотрена с до­ статочной полнотой, нельзя получить полной картины эволюции тесных двойных систем. Кроме того, отказ от представления о заполнении полости Роша, как необхо­ димом условии потери массы системой, может существен­ но сказаться на результатах многих расчетов эволюции систем с обменом массой. По указанным причинам не имеет смысла подробно излагать существующие взгляды на эволюцию тесных двойных систем звезд карликов, к тому же часто имеющие умозрительный характер. В этой главе мы ограничимся тем, что на основе расчетов и выво­ дов, собранных в этой книге, более четко очертим области, в которых сейчас целесообразно проводить исследования.

§1. Эволюционное значение газовых потоков

втесных двойных системах

Оценки масс компонент тесных двойных систем звезд карликов (см., например, [5]) дают значения около •1 332©. В отдельных случаях, когда отношение масс в си­ стеме сильно отличается от единицы (WZ Sge, HZ 29),